Quantitative analysis of defects in composite material by means of optical lockin thermography

par Christine Zöcke

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Marcel Berveiller et de Walter Arnold.

Le jury était composé de Afrooz Barnoush, Danièle Fournier, Andreas Langmeier, Fodil Meraghni, Horst Vehoff, Heinz-Günther Walther.

  • Titre traduit

    Analyse quantitative de défauts dans des pièces en matériau composite par la méthode de thermographie lockin


  • Résumé

    Les matériaux composites carbone-époxy connaissent un intérêt grandissant dans le domaine de l'aéronautique. Des tests de contrôle non-destructif permettent de détecter des défauts. Ce travail s'attache particulièrement au contrôle non-destructif de matériaux composite carbone-époxy par la thermographie optique lockin. Il élargit le domaine de l'analyse quantitative des mesures thermographiques. Les paramètres géométriques tels la profondeur, la taille et la forme des défauts sont déterminés dans des pièces en matériau composite anisotrope et globalement homogène. Dans un but d'évaluation quantitative des défauts, des techniques de traitement d'image sont appliquées à des images de longues pièces aéronautiques pour former des vues panoramiques. Des images thermiques prises avant et après chargement mécanique sont superposées afin de pouvoir déterminer un endommagement. Différentes images thermale (lockin et excitation ultrasonore) sont fusionnées afin d'obtenir plus d'information sur des défauts du type impacts. La formation d'images est modélisée par une fonction de point qui dépend de la profondeur du défaut et de la fréquence de modulation. Un modèle est calculé en utilisant des fonctions de Green et adapté à des matériaux anisotropes. Les grandeurs : profondeur, taille et forme du défaut sont déterminées par des problèmes inverses. Les mesures sont comparées aux simulations numériques et un algorithme de reconstruction des défauts planaires est validé


  • Résumé

    In the aerospace industry, carbon-ber reinforced plastic (CFRP) materials are becoming increasingly popular. Due to mechanical fracture and hence safety related issues, CFRP components must be inspected for defects with non-destructive methods. This thesis focuses on non-destructive testing of CFRP materials with optical lockin thermography. The eld of quantitative analysis of thermographic measurements is enhanced. The data of geometrical parameters e.g. depth, size and shape of defects in structures of globally homogeneous and anisotropic CFRP materials is required for fracture mechanics. To evaluate defects in a quantitative way, image processing algorithms are applied to thermographic phase images in order to get panoramic views of extended aircraft parts and to compare measurements before and after a fatigue load in order to determine potential defect growth. Images of lockin and ultrasound excited thermography are combined with data-fusion techniques to get improved information on defects such as impacts. The image formation process can be modeled through a point-spread function, which depends on the depth of the defect and the modulation frequency. A function is computed by using Green's functions and is adapted to anisotropic materials. The quantities depth, size and shape of a defect are determined through inverse numerical lters. Measurements are compared to numerical simulations and a reconstruction algorithm of planar subsurface defects is validated


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