Modélisation de la propagation ultrasonore dans les matériaux composites obtenus par le procédé de fabrication RTM (Resin Transfer Molding)

par Sébastien Lonné

Thèse de doctorat en Sciences physiques et de l'ingénieur. Mécanique

Sous la direction de Bertrand Audoin.

Soutenue en 2003

à Bordeaux 1 .


  • Résumé

    Le procédé de fabrication des matériaux composites RTM (Resin Transfer Molding) est utilisé pour produire des pièces de géométrie complexe. Lors du contrôle ultrasonore de ces pièces, une mesure d'atténuation est effectuée pour caractériser le taux de porosité éventuel (défaut possible dans ces matériaux). Cependant, une grande variabilité d'atténuation est observée y compris pour des pièces saines de géométrie plane. L'objectif de notre travail est d'expliquer ce fait en développant un modèle de propagation et d'atténuation des ondes ultrasonores dans ces pièces dont la microstructure complexe présente un aspect multi-échelles. Un modèle original a été développé pour prédire l'atténuation à l'échelle élémentaire d'une couche unidirectionnelle de fibres de carbone dans une matrice d'époxy, couplant les phénomènes de diffusion multiple par les fibres et d'absorption par effet viscoélastique. Il a été validé expérimentalement et est applicable à tous les composites fibreux à deux phases, quelle qu'en soit la concentration de fibres. À l'échelle supérieure d'un pli constitué de plusieurs couches élémentaires de différentes orientations, une homogénéisation suffit à prédire le comportement anisotrope des ondes ultrasonores et leur atténuation. Une plaque réelle est constituée d'un ensemble de plis séparés de couches de résines pures, l'épaisseur des différents plis et couches étant fortement variable. Une étude statistique a été menée pour prédire l'influence de ces variations géométriques sur la transmission des ultrasons modélisée suivant un formalisme dérivé de la méthode de Thomson-Haskell. La variabilité d'atténuation ultrasonore observée en pratique est quantitativement reproduite et expliquée par l'irrégularité géométrique de la micro-structure.

  • Titre traduit

    Modeling of ultrasonic propagation in composites materials obtained by th Resin Transfer Molding process


  • Résumé

    The Resin Transfer Molding process for manufacturing composite materials is used to produce parts of complex shape. During the ultrasonic examination of such parts, attenuation is measured to characterize possible porosity content (a potential defect in this material). However, strong variation of attenuation is observed including on sound plates. The present study aims at explaining this by developing a model for ultrasonic propagation and attenuation in such parts which complex micro-structure exhibits a multiple-scale aspect. An original model has been developed to predict attenuation at the elementary scale of an unidirectional layer of Carbon fibers in an epoxy matrix. It couples multiple-scattering by fibers and viscoelastic losses phenomena. It has been experimentally validated and applies to arbitrary two-phase fiber reinforced composites whatever the fiber volume fraction. At the upper scale of a ply made of several elementary layers of various orientations, the anisotropic behavior of ultrasonic waves and their attenuation are obtained by a homogenization procedure. An actual plate is made of several plies separated by pure resin layers. Plies and layers thicknesses are highly variable. A statistical study has been conducted to evaluate the influence of these geometrical variations on the ultrasonic transmission predicted by a model derived from Thomson-Haskell formalism. Ultrasonic attenuation variability practically observed is quantitatively reproduced and explained as resulting from the geometrical irregularity of the microstructure.

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Informations

  • Détails : 124 p.
  • Notes : Reproduction de la thèse autorisée
  • Annexes : Bibliogr. p. 121-124. Annexes

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  • Bibliothèque : Université de Bordeaux. Direction de la Documentation. Bibliothèque Sciences et Techniques.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : FTA 2751

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