fr.wedoany.com Rapport : Zhang Yuanpeng, professeur retraité du Département de mécanique de l’Université de Pékin (Chine), et son équipe ont réussi à développer un testeur de biréfringence à l’aide d’un modulateur électro-optique (EOM), faisant passer la mesure des contraintes d’une lecture visuelle manuelle à une analyse automatique par signaux électriques. Ce testeur a obtenu le quatrième prix du Prix national d’invention. Par la suite, un photoélasticimètre entièrement automatique développé sur cette base a obtenu un brevet d’invention national. Cette avancée a résolu le goulot d’étranglement technique de l’industrie lié à la faible efficacité et aux erreurs importantes des méthodes traditionnelles de photoélasticimétrie.
Le 22 août 2025, un effondrement majeur s’est produit sur le chantier de construction du pont spécial de Huanghe à Jianzha, sur la ligne ferroviaire Xi’an-Chengdu, en raison de l’achat illégal de plus de 19 000 boulons de qualité inférieure, causant 13 morts, 3 disparus et une perte économique directe de près de 49 millions de yuans. Cet accident souligne l’importance cruciale de la vérification de la résistance des composants mécaniques, des ponts et autres structures. Le photoélasticimètre, en tant qu’équipement de détection central pour vérifier les contraintes des composants, repose traditionnellement sur la lecture manuelle des ordres de franges d’interférence sur des diagrammes isochromatiques, présentant des défauts inhérents de faible efficacité et d’erreurs importantes, en particulier pour l’interprétation des franges fractionnaires.
La méthode traditionnelle de photoélasticimétrie utilise des modèles en résine époxy transparente pour simuler des composants réels, calculant la distribution des contraintes internes dans un champ de lumière polarisée à l’aide de lignes isoclines et isochromatiques. Cependant, le processus manuel de collecte de données est fastidieux, limitant considérablement l’efficacité de l’application de cette méthode en ingénierie. Après avoir achevé le projet d’analyse tridimensionnelle des contraintes par photoélasticimétrie de la structure de support du vantail de la vanne secteur du tunnel de décharge du réservoir de la rivière Shitou, dans la province du Shaanxi, Zhang Yuanpeng a commencé à chercher une solution d’automatisation.
L’équipe de recherche a introduit de manière innovante un modulateur électro-optique (EOM), exploitant sa propriété de générer une biréfringence électro-optique sous tension appliquée pour compenser avec précision la différence de chemin optique de biréfringence causée par les contraintes dans le modèle chargé. En appliquant un signal alternatif dans un champ de lumière polarisée orthogonale et en introduisant une conversion photoélectrique avec un affichage sur oscilloscope, le système peut produire un signal de fréquence double stable, remplaçant le jugement subjectif manuel des points « clairs et sombres », améliorant considérablement la sensibilité et la précision de la mesure.
Des expériences ont validé la fiabilité de cette technologie. Les mesures réelles de la linéarité de la biréfringence électro-optique de l’EOM montrent une erreur de linéarité d’environ 0,5 %, comparable aux performances du compensateur de haute précision Babinet-Soleil. Dans les mesures réelles d’un disque comprimé diamétralement, les données de distribution des contraintes obtenues par la solution automatisée avec EOM sont en excellent accord avec les résultats de calcul par éléments finis tridimensionnels, avec des tendances de répartition des contraintes cohérentes dans toutes les sections et une erreur maximale inférieure à 10 %.
Le testeur de biréfringence à haute précision et haute sensibilité développé sur la base de cette technologie, produit par l’Usine d’instruments électroniques de l’Université de Pékin, a reçu le deuxième prix du Prix des réalisations scientifiques et technologiques de Pékin et le quatrième prix du Prix national d’invention. Cette technologie de test a été utilisée pour la détection des contraintes dans le verre sur la chaîne de production de l’Usine de téléviseurs de Shanghai, générant des avantages économiques significatifs. Trois ans plus tard, l’équipe a réussi à développer un photoélasticimètre entièrement automatique doté de droits de propriété intellectuelle totalement indépendants, obtenant un brevet d’invention national.
