Caractérisation et contrôle des plaques en matériaux composites aéronautique

Abstract

Résumé Comme tous les matériaux utilisés dans l’industrie, les matériaux composites doivent être caractérisés et contrôlés afin de répondre à des règles de qualité et de sécurité souhaitées. Quoi que leurs propriétés anisotropes et viscoélastiques leurs confèrent un caractère particulier et complexe. La plupart des éléments utilisés dans l’industrie aéronautique par exemple, sont des structures minces de grande surface que l’on cherche à contrôler. En effet, les techniques classiques de contrôle non destructif par ultrasons telles que l’échographie, demeurent longues. C'est pourquoi, les ondes de Lamb sont les plus performantes pour le contrôle de ces structures. Ces ondes ont l’avantage de mettre en vibration la totalité de l’épaisseur de la plaque et offrent ainsi, la possibilité de détecter des défauts en surface ou internes quelle que soit leur profondeur. Le travail présenté dans ce mémoire comprend la détection des défauts de géométrie simple. Les matériaux étudiés sont des plaques relativement minces, il s’agit d’un seul types de structures composites aéronautiques à matrice polymère stratifié carbone époxy et verre époxy. Un dispositif expérimental a été mis au point afin de générer et de détecter des ondes de Lamb par contact à l’aide de transducteurs piézo-électriques. La comparaison d’un signal de référence, c’est-à- dire d’un signal enregistré lorsque l’onde traverse une zone saine, et d’un signal ayant subi des modifications liées à l’interaction avec un défaut, doit rendre compte de la présence d’un endommagement dans la structure, de le localiser et d’en estimer l’ampleur. Finalement, afin de tenir compte de l’atténuation résultant de nombreux phénomènes plus ou moins complexes tels que la viscoélasticité anisotrope et la dispersion auxquels nous serons confrontés dans le cas d’un composite, des mesures de la vitesse d’énergie et l’atténuation pour différentes fréquences sonteffectuées.

Abstract Like all materials used in industry, composite materials must be characterized and controlled in order to meet quality requirements and desired security. Whatever their anisotropic and viscoelastic properties of their give special and complex character. Most of the components used in the aerospace industry, for example, are thin structures of large area which it is desired to control. Indeed, conventional techniques nondestructive ultrasonic testing such as ultrasound remain long. Therefore, the Lamb waves are the most effective for controlling these structures. These waves have the advantage to vibrate the entire thickness of the plate and thus offer the possibility of detecting surface defects or internal whatever their depth. The work presented in this paper studies the interaction of the fundamental mode of Lamb (S0) with different types of simple geometry defects. The materials studied are relatively thin plates, it is a single types of aeronautical laminated composite structures epoxy polymer carbon and glass epoxy matrix. An experimental system was developed to generate and detect the Lamb waves in contact with piezoelectric transducers. Comparing a reference signal, i.e. a recorded signal when the sound wave passes through an area, and a signal having undergone changes related to the interaction with a defect must make account the presence of damage in the structure, to locate and estimate the magnitude. Finally, to reflect the mitigation resulting from many more or less complex phenomena such as anisotropic viscoelasticity and dispersion facing us in the case of a composite, measures the speed of energy and mitigation for different frequencies are made.