Evaluation ultrasonore des réparations de structures métalliques par collage de patchs composites

par Bénédicte Le Crom

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Michel Castaings.

Le président du jury était Martin Shanahan.

Le jury était composé de Gilles Raimondi.

Les rapporteurs étaient Jean-Louis Izbicki, Gilles Corneloup.


  • Résumé

    Cette thèse s’est déroulée dans le contexte de l’évaluation non destructive du collage de patches composites employés pour la réparation de structures aéronautiques. Le besoin a été exprimé par la DGA Techniques Aéronautiques (Toulouse). Le travail effectué a consisté en l’exploitation des ondes guidées, de type SH puis Lamb, pour mesurer des caractéristiques mécaniques d'un joint de colle et tenter d’évaluer, de manière non destructive, la qualité du collage. Dans un premier temps, les propriétés viscoélastiques des matériaux assemblés sont déterminées. Elles servent alors de données d’entrée à des modèles, basés sur la méthode SAFE (Semi Analytical Finite Element method), permettant d’obtenir les courbes de dispersion ainsi que les champs des différents modes guidés se propageant le long de l’assemblage collé. Ces simulations numériques permettent alors d’évaluer le potentiel des ondes guidées à caractériser un adhésif. Des mesures expérimentales sont ensuite menées pour confirmer les prédictions numériques. Finalement la résolution d’un problème inverse, qui consiste à évaluer les modules de rigidité de la couche de colle se situant entre une plaque d’aluminium et un patch, est proposée pour établir des pistes d’évaluation non destructive d’un collage répondant au besoin industriel. Cette étude a été financée par la DGA, France.


  • Résumé

    Repairing of metallic structures using composite patches bonded with an adhesive layer is more and more common in the aeronautic field, and particularly at DGA Techniques Aéronautiques. In order to guarantee the quality of this bond, the sensitivity of ultrasonic guided waves is investigated. Shear-horizontally polarized (SH) waves, and Lamb waves are investigated to infer the stiffness of the adhesive layer. The SAFE method is used to predict the dispersion curves and mode shapes of the different wave modes propagating along the three-layer assembly. Numerical simulations are run for selecting the most appropriate wave modes, i.e. with higher sensitivity to the stiffness of the bond than to other components properties. Experiments are also made for generating-detecting pre-selected SH or Lamb wave modes in order to confirm the numerical predictions. Finally the resolution of an inverse problem, consisting in the evaluation of the stiffness modulus of the bond layer between an aluminium plate and a carbon-epoxy composite patch, at different curing time, is proposed as a contribution to the establishment of possible strategies for bonds testing. This work was supported by DGA, France.


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