Development of laser ultrasonic methods for the nondestructive evaluation of bonded aeronautical assemblies - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Development of laser ultrasonic methods for the nondestructive evaluation of bonded aeronautical assemblies

Développement de méthodes ultrasons laser pour l'évaluation non destructive des assemblages aéronautiques collés

Résumé

Currently, the weight lightening of aircraft structures is a major industrial issue in order to reduce engine fuel consumption and greenhouse gas emissions. Adhesive bonding addresses this need for lighter structures and has many advantages compared to more conventional techniques such as welding or riveting. Indeed, this method does not require the addition of rivets and allows to assemble composite materials with a high strength-to-weight ratio. However, to date there is no nondestructive evaluation (NDE) method to certify the mechanical strength of bonded assemblies. Overcoming this last technological limitation would enable a significant deployment of adhesive bonding in the industry. The objective of this thesis is to develop laser ultrasonic methods for the NDE of bonded assemblies. This optical technique to generate and detect ultrasound in a material has the advantage of being fully contactless. A semi-analytic model to simulate the propagation of laser generated waves in a multilayer structure is first presented. Then, two control methods which can experimentally discriminate between industrial bonds with and without defects are introduced. The first one concerns the resolution of an inverse problem using synthesized plane waves reflected from the bonding. The second one is based on the attenuation of local resonances of zero-group-velocity (ZGV) Lamb modes. These two methods allow the identification of quantitative parameters to distinguish structural bonds of different mechanical strengths.
Actuellement, l'allègement des structures aéronautiques est un enjeu industriel majeur afin de réduire la consommation en carburant des moteurs et diminuer les émissions polluantes. L'assemblage par collage répond à ce besoin d'allègement et possède de nombreux avantages comparé aux techniques plus conventionnelles comme le soudage ou le rivetage. En effet, cette méthode ne nécessite pas l'ajout de rivets et permet d’'assembler des matériaux composites ayant un rapport résistance/masse élevé. Néanmoins, aucune méthode d'évaluation non destructive (END) ne permet à ce jour de certifier la tenue mécanique des assemblages collés. Lever ce dernier verrou technologique permettrait un déploiement important du collage dans l'industrie. L'objectif de cette thèse est de développer des méthodes ultrasons-laser pour l'END des assemblages collés. Cette technique optique pour générer et détecter des ultrasons dans un matériau offre l'avantage d'être totalement sans contact. Un modèle semi-analytique permettant de simuler la propagation d'ondes générées par laser dans un multicouche est tout d'abord présenté. Puis, deux méthodes de contrôle capables de distinguer expérimentalement des collages industriels avec et sans défauts sont introduites. La première porte sur la résolution d'un problème inverse à partir d'ondes planes synthétisées et réfléchies par le collage. La seconde est basée sur l'atténuation de résonances locales des modes de Lamb à vitesse de groupe nulle (ZGV). Ces deux méthodes permettent d'identifier des paramètres quantitatifs pour distinguer des collages structuraux ayant des tenues mécaniques différentes.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03151744 , version 1 (25-02-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03151744 , version 1

Citer

Romain Hodé. Development of laser ultrasonic methods for the nondestructive evaluation of bonded aeronautical assemblies. Acoustics [physics.class-ph]. Le Mans Université, 2020. English. ⟨NNT : 2020LEMA1030⟩. ⟨tel-03151744⟩
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