Evaluation de l'endommagement et de la rupture de matériaux hétérogènes par ultrasons et émission acoustique : estimation de la durée de vie restante

par Hanane Nechad

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Rachid El Guerjouma et de Nathalie Godin.

Soutenue en 2004

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Le comportement en fluage et l'identification des mécanismes d'endommagement de matériaux composites verre/polyester unidirectionnels, à plis croisés et SMC (sheet molding compound) sont étudiés in situ par émission acoustique (EA) et ultrasons. L'analyse des signaux d'EA a permis pour certains matériaux d'identifier les mécanismes d'endommagement. Le suivi des propriétés mécaniques en fluage à travers des mesures de vitesses ultrasonores a été effectué. La perte de rigidité observée et sa bonne corrélation avec l'EA témoigne de la capacité des deux méthodes à suivre l'endommagement et conforte l'idée d'une approche globale pour le contrôle santé des matériaux. Par ailleurs, nous avons observé lors du fluage primaire une relaxation en loi de puissance (loi d'Andrade) pour le taux de déformation et pour le taux d'EA (loi d'Omori). Le fluage tertiaire quant à lui, est caractérisé par une singularité en loi de puissance des taux de déformation et d'EA culminant avec la rupture globale des matériaux. Des corrélations intéressantes ont été observées entre certains paramètres des fluages primaire et tertiaire, notamment entre le temps de rupture tc et le temps de transition fluage primaire, secondaire et fluage tertiaire tm. Ce résultat important montre les liens entre les deux régimes et permet d'envisager un moyen de prédiction de la rupture. Ces résultats expérimentaux sont étayés par un modèle dérivé du modèle démocratique des fibres dit DFBM (Democratic fibre bundle model) ou le matériau est représenté par une série d'éléments constitués d'un ressort monté en parallèle avec un amortisseur de viscosité non linéaire de type Eyring. Ce modèle permet d'expliquer la corrélation entre tc et tm et permet de retrouver les relaxations en loi d'Andrade dans le fluage primaire et la singularité en loi de puissance dans le fluage tertiaire avec des exposants critiques du même ordre que ceux observés expérimentalement


  • Résumé

    Behaviour in creep and identification of the damage mechanisms of composite materials as glass/polyester unidirectional, with cross ply and SMC (sheet moulding compound), are studied in situ by acoustic emission (AE) and ultrasounds. The analysis of the signals of AE made it possible for certain materials to identify the damage mechanisms. The follow-up of the mechanical properties in creep through the longitudinal ultrasonic velocity is measured in situ. The loss of stiffness determined from ultrasonic velocity measurements observed and its good correlation with the AE testify to the capacity of the two methods to follow the damage and consolidate the idea of a global solution for health control of materials. In addition, we observed during primary creep a relaxation in power law (Andrade’s law) for the strain rate and AE rate (Omori’s law). Tertiary creep as for it, is characterized by a singularity in power law of the strain rates and AE culminating with the total rupture of materials. Interesting correlations were observed between some characteristics of the primary creep and tertiary regime, in particular between the time of rupture tc and the transition time of primary, secondary and tertiary creep tm. This significant result shows the bonds between the two modes and makes it possible to consider a means of prediction of the rupture. These experimental results are supported by a model derived from the democratic model of fibres called DFBM (Democratic fibre bundle model) in which the material is represented by a series of elements constituted of a spring assembled in parallel with a nonlinear shock absorber of viscosity of Eyring type. This model permits to explain the correlation between tc and tm and makes it possible to find again relaxation with andrade law in primary creep and the singularity of power law in tertiary creep with critical exponents of the same order as those observed in experiments.

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Informations

  • Détails : 129 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 124-129

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2844)
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