Contribution à la modélisation multiphysique des matériaux composites stratifié : application au CND thermo-inductifs

par Huu Kien Bui

Thèse de doctorat en Electronique et génie électrique

Sous la direction de Gérard Berthiau, Didier Trichet et de Guillaume Wasselynck.

Soutenue en 2014

à Nantes , dans le cadre de École doctorale Sciences et technologies de l'information et mathématiques (Nantes) , en partenariat avec Institut de Recherche en Énergie Électrique de Nantes-Atlantique (laboratoire) et de École polytechnique de l'Université de Nantes (autre partenaire) .

Le président du jury était Noël Burais.

Le jury était composé de Gérard Berthiau, Didier Trichet, Guillaume Wasselynck, Noël Burais, Xavier Mininger, Yvonnick Le Menach.

Les rapporteurs étaient Xavier Mininger, Yvonnick Le Menach.

mots clés

• Anisotropie
• Modélisation multi-physique
• Régions minces
• Modèles à coquilles
• CND thermographie inductive
• Stratifiés
• Composites
• Éléments finis, Méthode des

Résumé

Grâce à leurs excellentes performances mécaniques, l'intérêt des composites à fibres de carbone n'a pas cessé de croître ces dernières décennies. Cependant, le développement à grande échelle de ces matériaux passe par une amélioration des procédés utilisés pendant les différentes étapes du cycle de vie (élaboration, formage, assemblage, contrôle, recyclage). À différents stades du cycle de vie du matériau, les méthodes de Contrôle Non Destructif (CND) permettent de caractériser l'état d'intégrité du matériau. Elles jouent un rôle indispensable dans le contrôle de la qualité et dans la gestion des risques. Le CND par thermographie inductive, basé sur les mesures de l'effet thermique des courants de Foucault dans le matériau, est une technique prometteuse pour ce type de matériau. Le développement de cette méthode et la conception de dispositifs nécessitent un outil de simulation multiphysique électromagnétique et thermique. Le développement d'un tel modèle se heurte aux problématiques de l'évaluation des courants induits dans des régions minces et fortement anisotropes. Les outils de simulation développés durant cette thèse permettent d'avoir des temps de calcul raisonnables tout en conservant des précisions acceptables sur les solutions numériques. Ces outils ont été validés par des comparaisons avec des essais expérimentaux et permettent ainsi d'évaluer précisément les performances de cette technique de CND.

Titre traduit

Contribution to multiphysics modeling of carbon fiber composites : Application to induction thermography NDT

Résumé

Thanks to their excellent mechanical performance, the use of carbon fiber composites has been growing in recent decades. However, the large-scale development of these materials depends on the improvements of the processes during the various stages of their whole life cycle (eg. Producing, forming, assembly, inspection, recycling). At various stages of the life cycle of the material, nondestructive testing (NDT) methods can be used to characterize the health state of the material. They play a vital role in the quality control and risk management. Induction thermography NDT based on the measurement of thermal effect of the eddy currents in the material is a promising technique for this type of material. The development of this method requires multiphysics electromagnetic – thermal modeling. The model must deal with some numerical issues of thin regions of strong anisotropy. The implemented simulation tools allow reasonable computational time while retaining the desirable accuracy of numerical solutions. They are validated by comparisons with experimental measures. These tools allow accurate assessment of the performance of induction thermography technique.