Health monitoring of FRP using acoustic emission and fibre optic techniques

par Rui Fernando De Oliveira

Thèse de doctorat en Génie mécanique et productique

Sous la direction de Jean-Marie Berthelot et de Antonio Torres Marques.

  • Titre traduit

    Surveillance de santé des plastiques renforcés de fibres en utilisant l'émission acoustique et les capteurs en fibres optiques


  • Résumé

    Dans cette dissertation est proposée une procédure pour le suivi en continu de l'endommagement dans les PRF à partir de l'émission acoustique (EA). Deux matériaux ont été étudiés afin d'associer les ondes d'EA aux mécanismes d'endommagement source : l'éprouvette monofilamentaire et le stratifié croisé. Ces matériaux ont été choisis pour avoir une séquence d'endommagement bien établie. Pour ces matériaux, le processus de fracture a pu être contrôlé, avec une raisonnable efficacité, en changeant certaines conditions d'essais. Une fois les conditions d'endommagement changées il a été possible d'établir des relations avec les ondes d'EA détectées. Un traitement hybride du signal d'EA a été implémenté basé sur l'analyse de la forme d'onde et le contenu fréquentiel. Les réseaux de neurones à apprentissage non supervisé ont été appliqués à la classification automatique des signaux transitoires d'EA détectés au cour de l'essai des stratifiés croisés. Une représentation temps-fréquence des signaux classifiés a été implémentée en utilisant la transformée en ondelette afin de rehausser les caractéristiques des signaux. Les mécanismes d'endommagement ont pu être identifiés à partir de l'analyse modale des signaux d'EA. Un système de capteur à fibre optique basé sur un interféromètre de Fabry-Pérot à fibre optique a été conçu afin de détecter les ondes d'EA. Deux procédures originales d'interrogation de la cavité basées sur la génération de deux signaux en quadrature de phase ont été proposées afin de récupérer la phase. La capacité du système de capteur à fibre optique à détecter les ondes d'EA simulées a été montrée.


  • Résumé

    In this dissertation is proposed a procedure for continuous damage monitoring of FRP (fibre reinforced plastics), from the rapid release of elastic strain energy, generated at damage, in the form of elastic waves (acoustic emission). Two materials were studied in order to associate the acoustic emission waves to the damage mechanisms source : the single fibre specimen and cross-ply laminate. Those materials were chosen for having well established damage sequence. For these materials, the fracture process could be controlled, with reasonable efficiency, changing some tests conditions. Once the damage conditions changed it was possible to establish relationships with the detected acoustic emission waves. A hybrid processing of acoustic emission signals was implemented based on waveform and frequency analysis. Unsupervised artificial neural networks were used for automated clustering of transient acoustic emission signals detected during testing of the cross-ply laminates. A time-frequency representation of the classified signals was implemented using the wavelet transform for signal characteristics enhancement. Damage mechanisms could be identified from the modal analysis of the acoustic emission waves. An optical fibre sensor system was conceived for acoustic emission waves detection based on an optical fibre Fabry-Pérot interferometer. Two original interrogation procedures based upon the generation of two quadrature-shifted signals for phase recovery were proposed. The capability of the optical fibre sensor system to detect simulated acoustic emission waves was shown.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (239 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 206-237

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  • Bibliothèque : Le Mans Université (Le Mans). Service commun de documentation.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 2005LEMA1027
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  • Cote : 2005LEMA1027
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