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Méthode de détermination des incertitudes de mesures par jauges de déformation

Arpin-Pont, Jérémy (2012). Méthode de détermination des incertitudes de mesures par jauges de déformation. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Cette recherche a pour but d’estimer les incertitudes de mesures de déformations obtenues avec des jauges de déformation. Une Méthode Numérique d’Évaluation des Incertitudes de Mesure (MNEIM) est proposée et permet d’estimer une étendue des déformations dans laquelle les mesures doivent se situer statistiquement, en prenant en compte les erreurs et incertitudes de mesures engendrées par les caractéristiques technologiques de la jauge et son positionnement. Pour cela, la MNEIM se base sur les champs de déplacements obtenus par analyses Éléments Finis (ÉF) de la pièce étudiée. Par la suite, cette méthode a été validée par des mesures expérimentales réalisées sur des éprouvettes soumises à des contraintes de traction-compression. La corrélation entre les déformations mesurées et les déformations estimées par la MNEIM a permis sa validation. Enfin, la MNEIM a été appliquée à une structure complexe : une roue de turbine hydraulique de type Francis, sur laquelle des mesures ont été réalisées in situ. Les déformations obtenues par la MNEIM sont alors comparées aux mesures expérimentales in situ et aux déformations des modèles ÉF. La méthode peut être utilisée pour valider – ou non – les modèles ÉF.

Les incertitudes de mesure dépendent principalement des caractéristiques dimensionnelles de la jauge et des champs de déplacements à proximité de son emplacement; l’évaluation des erreurs et incertitudes de positionnement est également influente. Les mesures par jauges de déformation possèdent un grand nombre de sources d’incertitudes et seulement les plus importantes sont étudiées ici. Les autres sont considérées comme contrôlées ou négligeables.

La MNEIM peut être appliquée à tout type de structure mécanique. Cependant, elle utilise les résultats d’analyses ÉF et il est essentiel de réaliser que cette dernière possède également ses propres incertitudes. Dans le but d’approfondir la recherche, il serait intéressant d’étudier les incertitudes de la méthode des ÉF afin de les prendre en compte. Il serait également possible d’étudier d’autres sources d’incertitudes de mesures (haute pression, surfaces courbées, etc.) et de les incorporer dans la MNEIM. Enfin, la méthode proposée pourrait être adaptée à d’autres types de capteurs expérimentaux.

Titre traduit

A method for the determination of measurement uncertainties with strain gauges

Résumé traduit

The purpose of this research is the estimation of the measurement uncertainties obtained with strain gauges. A numerical method is proposed and allows the estimation of a strain range in which experimental measures should statistically take place, taking in account measurement errors and uncertainties caused by the technological characteristics of the gauge and its location. To this end, the proposed method is based on displacement fields obtained by Finite Element (FE) analyses of the studied part. Then, this method is validated by experimental measurements performed on specimens loaded in tensile-compression. The correlation between the measured strains and the strains estimated by our method permits its validation. Finally, the method is applied to a complex structure: a Francis hydraulic turbine runner, on which in situ measurements were made. Strains obtained by the proposed method are compared with the experimental measures and the strains estimated by FE analyzes. The method can be used to validate – or not – the FE models.

Measurement uncertainties depend mainly on the dimensions of the gauge and on the displacement fields in its neighborhood; the evaluation of the errors and uncertainties in positioning is also pertinent. Strain gauge measurements have a large number of uncertainty ources and only the most influential are studied here. The others are considered as controlled or negligible.

The proposed method can be applied to any type of mechanical structure. However, it uses the results from FE analyses and it is essential to realize that they also have their own uncertainties. For further researches, it could be interesting to study the uncertainties of the FE method in order to take them into account in the proposed method. Also, it could be possible to study and integrate other measurement uncertainty sources (high pressure, curved surface, etc.) in the proposed method. Finally the method could be adapted to other experimental sensors.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique" Bibliogr. : f. [126]-129.
Mots-clés libres: Incertitude de mesure. Jauges de contrainte. Méthode des éléments finis. déformation, mesures expérimentales
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Tahan, Souheil-Antoine
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Coutu, André
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 01 févr. 2013 21:19
Dernière modification: 02 mars 2017 20:00
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1120

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