Etude expérimentale et numérique du comportement dynamique de composites aéronautiques sous choc laser. Optimisation du test d'adhérence par ondes de choc sur les assemblages composites collés

Experimental and numerical investigations on the dynamic behaviour of aeronautic composites under laser shock - Optimization of a shock wave adhesion test for bonded composites

• Auteur / Autrice : Romain Ecault
• Direction : Michel Boustie, Fabienne Touchard, Laurent Berthe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 13/12/2013
• Etablissement(s) : Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Andrew Johnston, Clemens Bockenheimer, Rémy Fabbro
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ivan Iordanoff, Daniel Vanderhaegen

Mots clés

Mots clés contrôlés

MATLAB (logiciel)

Contrôle non destructif

Essais (technologie)

Simulation par ordinateur

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Lasers -- Matériaux

Choc (mécanique)

Stratifiés

Assemblages collés

Composites à fibres de carbone

Mots clés libres

LASAT

Tolérance aux dommages

Laser adhesion test

Damage tolerance

Résumé

Ce travail vise le développement d’une méthode non destructive permettant de contrôler la qualitémécanique des joints collés aéronautiques, en utilisant les ondes de choc générées par impact laser (projetENCOMB). Des chocs ont été réalisés à l’aide de dispositifs tels que des sources laser ou des canons à gaz.Différents diagnostiques ont été utilisés : le VISAR, la VH, la visualisation transverse, la microscopie optiqueet confocale, la radiographie X, le contrôle ultrasons...Des échantillons de résine et des compositesstratifiés carbone/époxy ont d’abord été étudiés. Des chocs laser instrumentés, couplés à des analysespost-mortem, ont permis une meilleure compréhension des phénomènes de choc dans ces matériaux. Lesrésultats obtenus sur les assemblages composites collés montrent que la technique de choc laser permetde discriminer différents degrés d’adhérence. L’utilisation de modèles numériques, développés grâce auxdonnées expérimentales, a permis d’analyser la propagation du choc dans ces assemblages complexes. Cesrésultats ont démontré la nécessité d’optimiser la technique, afin de tester exclusivement l’adhérence dujoint collé, sans endommager les composites de l’assemblage. Plusieurs solutions d’optimisation sontproposées tels que l’utilisation d’une impulsion variable, ou celle de double chocs. Ces solutions ont étévalidées expérimentalement et l’optimisation numérique a fourni les paramètres de choc pour de futurstests. Finalement, ce travail fournit des résultats originaux sur le comportement dynamique de compositesstratifiés et permet de progresser vers l’adaptation du test d’adhérence par choc laser à différentsassemblages composites.

This work aims the development of a non-destructive technique to control the mechanical quality ofaeronautics adhesive bonds (ENCOMB project). Shocks were realized by use of laser sources or gas gun, anddifferent techniques were used to analyse the shocks such as: VISAR, PDV, Shadowgraphy, optical andconfocal microscopy, X-ray radiography, ultrasound testing…Epoxy resins and carbon/epoxy compositelaminates were first investigated. Monitored laser shocks, in addition to post-mortem analyses, enabled tobetter understand the shock phenomenon on these complex materials. The results obtained on bondedcomposite showed that the laser shock technique can be used to discriminate different adherence levels.The use of numerical models, developed thanks to the experimental data, enabled to analyze the shockpropagation in these complex assemblies. They also evidenced the need for optimization, in order to testonly the bond interface and not to break the composite parts on the assembly. Several optimizationsolutions are formulated such as the use of tuneable pulse duration, or double shock configurations. Someof these solutions have been experimentally validated, and the numerical optimization gives the shockparameters to use for the next experimental campaigns. Finally, this work provides original results on thedynamic behaviour of composite materials under laser shock and leads to the adaptation of the laser shockadhesion test to any kind of bonded composite assemblies.