Caractérisation de matériaux composites par problème inverse vibratoire

par Thibault Wassereau

Thèse de doctorat en Acoustique

Soutenue le 05-10-2016

à Le Mans , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes) , en partenariat avec Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans (laboratoire) et de Laboratoire d'acoustique de l'université du Mans / LAUM (laboratoire) .

Le jury était composé de Jean-Louis Guyader, Frédéric Ablitzer.


  • Résumé

    L’usage croissant des matériaux composites dans l’industrie induit de nouvelles problématiques dans des domaines variés,notamment pour la caractérisation non destructive. Les méthodes courantes comme l’analyse modale ou les éléments finis sont rarement adaptées pour représenter la dynamique vibratoire complexe des structures composites ou quantifier leurs caractéristiques viscoélastiques, de nouvelles approches sont nécessaires.Les travaux concernent le développement et l’application d’un formalisme vibratoire inverse local, la méthode RIFF(Résolution Inverse Filtrée Fenêtrée), pour l’étude des matériaux composites multicouches. Ces derniers sont considérés comme homogènes à l’aide de la théorie de Timoshenko, prenanten compte le cisaillement non négligeable de ces matériaux.Une caractérisation fréquentielle et/ou spatiale des paramètres équivalents (modules d’Young E et de cisaillement G, et facteurs de pertes associés) est alors possible, permettant de traduire fidèlement le comportement dynamique des composites et de simplifier leur modélisation en éléments finis.Une seconde approche utilisant un schéma aux différences finies corrigé (méthode RIC) autorise une analyse similaire à partir d’un maillage grossier diminuant fortement les temps de mesure et de post-traitement des données.Enfin, une perspective de détection et d’identification de défauts est envisagée. Grâce à des cartographies des paramètres élastiques et d’amortissements, il semble possible de pouvoir déduire la signature d’un défaut typique. Une discontinuité du module de cisaillement témoignerait de la présence d’un délaminage, la diminution du module d’Young traduirait une rupture de fibres, etc.

  • Titre traduit

    Characterisation of composite materials using an inverse vibratory method


  • Résumé

    The increasing use of composite materials in the industry leadsto new challenges in various areas, including non-destructiveevaluation. Common methods such as modal analysis or finiteelements are rarely appropriated to represent the complexvibratory dynamic of composite structures or quantify theirviscoelastic properties, new approaches are then needed.This thesis deals with the development and application of a localinverse vibratory method, called the Force Analysis Technique(FAT), in order to the study multilayer composites. The latterare considered to be homogeneous using the Timoshenko beamtheory, which takes shear effects into account, usually significantfor such structures. A frequency and/or spatial characterizationof the equivalent elastic parameters (Young’s modulus E, shearmodulus G and their associated loss factors) isthen possible to accurately interpret the dynamical behaviourof composite materials and also simplify their implementationin finite element software.A second approach using a corrected finite difference scheme(CFAT method) allows a similar analysis using a coarse mesh,reducing the durations of measurement and post-processing.Finally, a perspective of detection and identification of defects isconsidered. By mean of cartographies of the elastic parameters,it seems possible to infer a signature related to a kind of flaw. Adiscontinuity of the shear modulus would attest the presence ofdelamination while a reduced Young’s modulus could indicate afibre breakage, etc.


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