Caractérisation de l'endommagement des composites à matrice polymère par une approche multi-technique non destructive

Damage characterization of polymer-matrix composites using a non-destructive multi-technique approach

• Auteur / Autrice : Walid Harizi
• Direction : Mohamed Ourak, Gérard Bourse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique. Acoustique et télécommunications
• Date : Soutenance le 11/12/2012
• Etablissement(s) : Valenciennes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille ; 1992-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École nationale supérieure des techniques industrielles et des mines (Douai, Nord). Département Technologie des Polymères et Composites et Ingénierie Mécanique (2005-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Pôle de recherche et d'enseignement supérieur (PRES) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
• Partenaire(s) de recherche : Grande école : École nationale supérieure des techniques industrielles et des mines (Douai, Nord ; 1878-2016)
• Jury : Président / Présidente : Gilles Corneloup
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Ourak, Gérard Bourse, Rachid El Guerjouma, Joseph Moysan, Salim Chaki, Nathalie Godin, Wei Jiang Xu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rachid El Guerjouma, Joseph Moysan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cartes auto-organisatrices

Composites polymères

Ultrasons -- Applications industrielles

Contrôle non destructif par thermographie infrarouge

Émission acoustique

Mots clés libres

Matériaux composites

Endommagement

Émission acoustique

Thermographie infrarouge

Méthodes ultrasonores

Fusion des données

Composite materials

Mechanical damage

Acoustic emission

Infrared thermography

Ultrasonic waves

Data fusion

Résumé

Cette étude novatrice consiste à mettre en oeuvre dans un même protocole expérimental, trois techniques de caractérisation non destructive en simultané : l’émission acoustique, la thermographie infrarouge et les ultrasons pour la caractérisation de l’endommagement des matériaux Composites à fibres continues et à Matrice Polymère (CMP) à plis croisés [0/90]S. Chaque technique a permis demontrer sa potentialité à révéler l’endommagement dépendant de ses spécificités intrinsèques. L'émission acoustique a été utilisée sous sa forme classique et couplée avec une classification de données obtenue par les k-means et la carte de Kohonen. La thermographie infrarouge a été étudiée selon ses deux formes passive et active, les méthodes ultrasonores ont été exploitées en termes d’amplitude et de vitesse des ondes longitudinales et des ondes de Lamb respectivement. Il a été montré que l’approche multitechnique adoptée dans ce travail est très intéressante pour obtenir un diagnostic complet sur l’état de santé du matériau au repos et sous différents niveaux de chargement mécanique en traction. Il s’est avéré aussi que l’aspect « complémentarité » entre les trois techniques était plus envisageable que celui de la « redondance ». La fusion des données a été utilisée pour avoir une prise de décision fiable, complète et plus crédible sur les différents mécanismes d’endommagement susceptibles d’apparaître dans un matériau CMP. Ceci n’a été possible que pour les deux techniques d’imagerie, le C-scan ultrasonore et la thermographie infrarouge. En conclusion, les résultats montrent que ces trois techniques sont potentiellement capables de qualifier l’état d’endommagement du matériau, mais qu’elles ne le quantifient pas de la même manière

This innovative study consists to implement in the same experimental procedure three non destructive techniques simultaneously: acoustic emission, infrared thermography and ultrasonic waves for the characterization of damage in cross ply Polymer Composite Materials (PCM) [0/90]S. Each technique has demonstrated its potential to reveal the damage that depends on its intrinsic characteristics. Acoustic emission has been used in its classical form and coupled with a data classification obtained by k-means and Kohonen map. Infrared thermography has been studied using both passive and active forms, ultrasonic methods have been used by exploiting amplitude and velocity of longitudinal and Lamb waves respectively. It has been shown that the adopted multi-technique approach is veryinteresting to obtain a full diagnostic of the health state of the material before and after uniaxial mechanical loading. The “complementarity” aspect between the three used techniques is showed more interesting that “redundancy” aspect. The data fusion theory was used to have a reliable, comprehensive and credible decision about the different damage mechanisms may appear in PCM material. This has been possible only for the two imaging techniques, ultrasonic C-scan and infrared thermography. All in all, the results show that these three techniques are potentially able to describe the damage state of the material, but they don’t quantify it with the same manner