Evaluation ultrasonore des réparations de structures métalliques par collage de patchs composites

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1 Evaluation ultrasonore des réparations de structures métalliques par collage de patchs composites Bénédicte LE CROM Sous la direction de Michel CASTAINGS Correspondant scientifique DGA : Gilles Raimondi Impossible d'afficher l'image. Votre ordinateur manque peutêtre de mémoire pour ouvrir l'image ou l'image est endommagée. Redémarrez l'ordinateur, puis ouvrez à nouveau le fichier. Si le x rouge est toujours affiché, vous devrez peut-être supprimer l'image avant de la réinsérer. Impossible d'afficher l'image. Votre ordinateur manque peut-être de mémoire pour ouvrir l'image ou l'image est endommagée. Redémarrez l'ordinateur, puis ouvrez à nouveau le fichier. Si le x rouge est toujours affiché, vous devrez peut-être supprimer l'image avant de la réinsérer. Impossible d'afficher l'image. Votre ordinateur manque peut-être de mémoire pour ouvrir l'image ou l'image est endommagée. Redémarrez l'ordinateur, puis ouvrez à nouveau le fichier. Si le x rouge est toujours affiché, vous devrez peut-être supprimer l'image avant de la réinsérer.!"

2 Contexte de l étude Flotte aéronautique vieillissante Apparition de dommages (fissures ) Alternative aux réparations classiques!" la réparation par collage de patch composite Garantir de manière non destructive la qualité du collage" #$%&"

3 Contexte de l étude Industriels ASTRIUM ST, SNECMA PS, HUTCHINSON, Dassault Aviation! Laboratoires de recherche LMP, LAMEFIP, LGM 2 B, LCPO/Rescoll, LPCP + Carnot MIB! DGA Techniques Aéronautiques (anciennement CEAT)" VASCO (Vieillissement et durabilité de structures composites ASsemblées par COllage) Fonctionnalisation des élastomères Elaboration d élastomères à forte adhésion sans primaire d adhérence Evaluation non destructive Evaluer la qualité d un collage Remplacer les essais destructifs Démontabilité Démontage des assemblages (récupération, recyclage en fin de vie) Durabilité Comportement des collages dans le temps ou sous environnement sévère Modélisation des interfaces Préparation de surface Remplacement des produits toxiques utilisés actuellement '$%&"

4 Type de défauts / dommages cohésifs ou adhésifs Rupture cohésive!! Fissures"! Bulles d air!! Porosité!! Faible tenue de la colle (mauvaise préparation)! Rupture adhésive!! Décollement!! Contaminant!! Mauvais traitement de surface! Défaut de colle! Porosité! Bulle d air! Substrat 1! Colle! Substrat 2! Adhésion faible (polluant /! mauvais traitement de surface)! Fissure! Décollement! ($%&"

5 Les vibrations soniques! Techniques de détection des défauts! Evaluation de la raideur d une structure par vibration/impact (un défaut modifie la raideur locale) Impacteur Enregistreur +! "! "! "! Détection de défaut cohésif et de décollement Localisation difficile des défauts Géométrie inconnue des défauts Insensible à la qualité d interface P. Cawley et al., Mater. Eval. 47, 1989! Les techniques optiques! Evaluation de la déformation de la surface d une structure par la mesure des franges d interférences Surface plane Surface non plane +! Détection de défaut cohésif et de décollement +! Sans contact "! "! Pas de localisation dans l épaisseur Valable pour des matériaux aux propriétés optiques adaptées %$%&" F.W.Y. Chan et al., J. Nondestruct. Eval. 27, 28!

6 Les techniques thermiques! Techniques de détection des défauts! La radiographie! Utilisation de rayons X et observation du rayonnement transmis Caméra thermique Lampe flash Structure Rayons X Source Chauffage de la structure et mesure du champ de température! +! Détection de très petits défauts cohésifs et de décollements +! Sans contact +! Inspection globale de tout type de structure "! Méthode coûteuse (matériel, local sécurisé) "! Rayonnement dangereux pour la santé Film radiographique H.A. Jama et al., NDT&E Int. 31, 1998! Structure à tester +! +! +! "! "! Détection de défaut cohésif et de décollement Accès uni latéral et sans contact Inspection globale et rapide de la structure Localisation difficile des défauts Identification difficile des défauts )$%&" M. Genest et al., Compos. Struct. 88, 29!

7 Techniques de détection des défauts par ultrasons (contact / immersion)! En incidence normale! Génération et détection d une onde ultrasonore (longitudinale) perpendiculairement à la surface +! Détection de tout défaut de type cohésif Evaluation de la géométrie du défaut Accès uni latéral possible +! +! "! "! "! Insensible aux défauts adhésifs Difficultés pour analyser les signaux car nombreux échos Nécessité d un produit de couplage C.C.H. Guyott et al., NDT&E Int. 21, 1988!!A. Baltazar et al., J. Acoust. Soc. Am. 114, 23! En incidence oblique! Génération et détection d une onde ultrasonore (transverse / longitudinale) avec un angle d incidence +! +! +! +! "! "! Détection de tout défaut de type cohésif Détection des «kissing bonds» Evaluation de la géométrie du défaut Accès uni latéral possible Difficultés pour analyser les signaux car nombreux échos Nécessité d un produit de couplage *$%&" A. Baltazar et al., J. Acoust. Soc. Am. 114, 23!

8 Evaluation non destructive d un collage par ondes guidées! L TV" Surface libre" Surface libre" +! Propagation sur de grandes distances +! Détection des défauts cohésifs +! Sollicitation mécanique de la structure dans son épaisseur " accumulation d informations sur le milieu " évaluation des propriétés mécaniques Accès uni latéral / sans contact possible +! Santos et al.,! J. Adhes 84, 28! Duflo et al.,! Compos. Struct. 79, 27! Heller et al.,! NDT&E Int. 33, 2! Lowe et al.,! J. Acoust. Soc. Am. 17, 2! Castaings et al.,! Ultrasonics 42, 24! Lanz di Scalea et al.,! J. Acoust. Soc. Am. 115, 24! Koreck et al.,! J. Nondestruct. Eval. 26, 27! Matériaux! Géométrie! Principal résultat! Alu./Colle/Alu.! Lap joint! Détection de trous! Compos./Colle/Compos.! Tricouche! Idem + dimensionnement! Alu./Colle/Alu.! Alu./Colle/Alu.! Compos./Colle/Béton! Alu./Colle/Alu.! Tricouche! Lap joint! Tricouche! Lap joint! Sensibilité au vieillissement chimique! Dimensionnement de la zone de recouvrement! Corrélation essai US / traction uni axiale! Variation du coeff. de transm. en fonction de 3 niv. de cohésion! Alu./Colle! Bicouche! Résolution d un pb. inverse! +$%&"

9 Evaluation non destructive d un collage de patch par ondes guidées! Substrat" Colle" Substrat" Colle" Substrat" Substrat" Lap joint" Tricouche" Collage de patch" Substrat 2" Evaluation fine des propriétés cohésives et adhésives du collage! Colle" Substrat 1",$%&"

10 Evaluation non destructive d un collage de patch par ondes guidées! Patch e,!"#c ij! Adhésif" e,!"#c ij! Onde guidée! Interface k L, k T! Aluminium e,!"#c ij! Cisaillement (G=C 66 =C 44 )! Objectif " Evaluer la qualité du collage! Compression/traction (C 11 )! Raideurs de l interface aluminium/colle (k L, k T )! Quelle(s) onde(s)? " Etude de sensibilité! 1. Etudier l influence de tous les paramètres (e, ", C ij, k L,T )! 2. Sélectionner une onde plus sensible aux propriétés de la colle et/ou de l interface qu aux autres paramètres! Mesures expérimentales / Simulations numériques! Problème inverse!!&$%&"

11 I. Contexte de l étude! Plan de la présentation II. Les ondes SH pour tester le collage!! Géométrie et propriétés matériaux!! Calcul des courbes de dispersion et des champs des modes!! Etude de sensibilité!! Dispositif expérimental / Mesures!! Problème inverse! III. Les ondes de Lamb pour tester le collage!! Géométrie et propriétés matériaux!! Calcul des courbes de dispersion et des champs des modes!! Etude de sensibilité!! Transmission d une onde par une zone collée : simulations, mesures!! Vers la résolution d un problème inverse! IV. Essais non destructifs / Essais mécaniques! V. Conclusions et perspectives!!!$%&"

12 La géométrie et les propriétés matériaux x 2 x 1 Patch en carbone époxy! = 1,58 ± 3% e = 1,2 mm ± 5% C 44 = 6,6+,1I Gpa ± 1% C 55 = 4,5+,1I GPa ± 1%" x 3 Adhésif! = 1,5 ± 3% e =,2 mm ± 15% C 44 = C 55 =,5+,5I Gpa ± 1%" Echantillon! x 3! x 2! E!!" R! x 1! Eau! Rotation! M. Castaings et al., NDT&E Int. 33, 2 B. Hosten et al., Compos. Part A 39, 28# Aluminium! = 2,67 ± 3% e = 3 mm ± 5% C 44 = C 55 = 25,5 GPa ± 5% Interface " = k T #u k T =C 44 / 1$m!#$%&"

13 Le calcul des courbes de dispersion des modes guidés SH Modes SH x 2 x 1 x 3 Direction du déplacement Maillage du modèle SAFE-1D Modèle de Jones :! = k T "u On considère un déplacement de la forme :! $ ' & ) U( x 1, x 2, x 3, t) = & ) & u 3 ( x 2 )e I ( "t#kx 1 )) % (, I 2 = #1 Le problème aux valeurs propres dans le domaine s écrit :!! C 44 " 2 u 3 "x 2 2 # k 2 C 55 u 3 + $% 2 u 3 = et la condition aux frontières du domaine s écrit :! P.J. Shorter JASA 115, 24 J.P. Jones et al., J. Appl. Mech. 34, 1967#!! T 3 = " 23 n 2 = C 44 #u 3 #x 2 n 2 Solutions : (", k)!!'$%&"

14 Etude de sensibilité Principe de la démarche Patch e,!"#c ij! Onde guidée! Aluminium e,!"#c ij! Adhésif" e,!"#c ij! Interface k L, k T! Vitesse de phase (mm/ µs) OUI SH SH1 NON SH Fréquence (MHz) avec des propriétés nominales avec la densité, l épaisseur de l un des matériaux ou les modules de viscoélasticité des substrats modifiés (au sein de leur intervalle de confiance) avec des propriétés modifiées de l adhésif ou de l interface!($%&"

15 Sensibilité des ondes SH aux densités Aluminium (± 3%) Adhésif (± 3%) Patch (± 3%) SH 1 SH 1 SH 1 Vitesse de phase (mm/ µs) SH SH 2 Vitesse de phase (mm/ µs) SH SH 2 Vitesse de phase (mm/ µs) SH SH Fréquence (MHz) Fréquence (MHz) Fréquence (MHz) avec des propriétés nominales avec des propriétés modifiées Le mode SH 2 est relativement sensible aux densités de l aluminium ou du patch Même conclusion pour le mode SH 1 au dessus de F c SH1 Les 3 modes sont très peu sensibles à la densité de l adhésif"!%$%&"

16 Sensibilité des ondes SH aux épaisseurs Aluminium (± 5%) Adhésif (± 15%) Patch (± 5%) SH 1 SH 1 SH 1 Vitesse de phase (mm/ µs) SH SH 2 Vitesse de phase (mm/ µs) SH SH 2 Vitesse de phase (mm/ µs) SH SH Fréquence (MHz) Fréquence (MHz) Fréquence (MHz) avec des propriétés nominales avec des propriétés modifiées Le mode SH 2 est trop sensible aux épaisseurs des 3 matériaux Le mode SH 1 est sensible à l épaisseur de l adhésif autour de F c SH1 "!)$%&"

17 6 Sensibilité des ondes SH aux propriétés en cisaillement 6 Propriétés nominales Vitesse de phase (mm/ µs) SH SH 1 2 SH ± 5% des C 44 et C 55 de l aluminium 1 Fréquence (MHz) 1 6 Vitesse de phase (mm/ µs) SH SH 1 2 SH ± 1% des C 44 et C 55 du patch 1 Fréquence (MHz) 1 6 SH 1 SH 2 Vitesse de phase (mm/ µs) SH - p% des C 44 et C 55 de l adhésif 1 Fréquence (MHz) 1 Vitesse de phase (mm/ µs) SH SH 1 2 SH - p% du k T de l interface 1 Fréquence (MHz) 1-4% " -85% " -99% "!*$%&"

18 Exploitation de l étude de sensibilité pour l évaluation du G de la colle x 2 Les vitesses de phase des mode SH et SH 1 autour et en dessous de F c SH1 sont suffisamment sensibles aux propriétés de la colle pour envisager une END! x 1 direction de propagation Patch Adhésif x 3 SH Interface SH 1 I SH T SH Aluminium Objectif! Mesurer Vph des modes SH et SH 1 pour < f " F c SH1 et utiliser ces mesures dans un problème inverse => module de Coulomb (G) de la colle!+$%&"

19 Dispositif expérimental Sonde laser Table de translation Transducteur à ondes de cisaillement au contact Ondes SH Papier rétro diffusant Echantillon!,$%&"

20 Résultat des mesures 6 Vitesse de phase (mm/ µs) SH 1! SH! Mesures 45 min de réticulation 4h de réticulation 8h3 de réticulation 35h de réticulation quelques jours de réticulation 1 Fréquence (MHz).4 La couche de colle est épaisse de,1 mm! #&$%&"

21 Comprendre les mesures Pourquoi les modes SH et SH 1 ne sont-ils pas toujours détectés tous les deux? Niveau faible de cohésion Niveau fort de cohésion I SH SH SH 1 I SH SH SH Adhésif Aluminium à 2 khz! Adhésif Aluminium P1 (W/mm 2 ) 2 1 Mode SH1 Mode SH P1 (W/mm 2 ) Mode SH1 Patch -1 Position dans l'épaisseur (mm) 4.4 Le mode SH de l assemblage n est pas couplé avec le mode SH incident depuis l aluminium M.J.S. Lowe et al., J. Acoust. Soc. Am. 17, 2#.5 Patch Mode SH 4.4 Position dans l'épaisseur (mm) Les modes SH 1 et SH de l assemblage sont couplés avec le mode SH incident depuis l aluminium" #!$%&"

22 Comprendre les mesures Pourquoi les modes SH et SH 1 ne sont-ils pas tous les deux détectés dans toute la gamme de fréquences quand l adhésif est réticulé?# Niveau fort de réticulation I SH SH SH Vitesse de phase (mm/ µs) SH SH1 Atténuation (db/mm) SH1 36 khz SH Fréquence (MHz) Fréquence (MHz) ##$%&"

23 Le problème inverse 6 Vitesse de phase (mm/ µs) SH1 SH Fréquence (MHz) Temps de réticulation! 45 min! 4h! 8h3! 35h! Quelques jours! C 44 optimisé (GPa)!,2!,13!,18!,35!,53! B. Le Crom et al., J. Acoust. Soc. Am. 127, 21 B. Le Crom et al., actes du CFA, 21# #'$%&"

24 Synthèse Adhésif C 44 et C 11? Mesure des vitesses de phase + problème inverse I SH Aluminium Patch SH T SH SH 1 Interface k L et k T? #($%&"

25 I. Contexte de l étude! Plan de la présentation II. Les ondes SH pour tester le collage!! Géométrie et propriétés matériaux!! Calcul des courbes de dispersion et des champs des modes!! Etude de sensibilité!! Dispositif expérimental / Mesures!! Problème inverse! III. Les ondes de Lamb pour tester le collage!! Géométrie et propriétés matériaux!! Calcul des courbes de dispersion et des champs des modes!! Etude de sensibilité!! Transmission d une onde par une zone collée : simulations, mesures!! Vers la résolution d un problème inverse! IV. Essais non destructifs / Essais mécaniques! V. Conclusions et perspectives! #%$%&"

26 La géométrie et les propriétés matériaux x 3 x 2 x 1 Patch composite e = 1,2 mm ± 5%! = 1,58 ± 3% C 11 = 74+3I GPa ± 1% C 66 = 4,6+,2I GPa ± 1% C 22 = 15,5+,4I GPa ± 1% C 12 = 7,6+,3I GPa ± 1% Patch plexiglas e = 1 mm ± 5%! = 1,5 ± 3% C 11 = 5,7+,12I GPa ± 5% C 66 = 1,4+,3I GPa ± 5% Adhésif e =,2 mm ± 15%! = 1,5 g/cm 3 ± 3% C 11 = 5,6+,56I GPa ± 1% C 66 =,5+,5I GPa ± 1%" Echantillon! x 3! x 2! E!!" R! x 1! Eau! Rotation! M. Castaings et al., NDT&E Int. 33, 2 B. Hosten et al., Compos. Part A 39, 28# Aluminium e = 3 mm ± 5%! = 2,67 ± 3% C 11 = 13 GPa ± 5% C 66 = 25 GPa ± 5% Interface k L =C 11 / 1 $m k T =C 66 / 1 $m #)$%&"

27 Le calcul des courbes de dispersion et des champs Déplacements dans le plan x 2 x 1 Ondes de! Lamb! x 3 Maillage du modèle SAFE-1D Modèle de Jones :! = k L,T "u On considère un déplacement de la forme :! Dans ce cas le problème aux valeurs propres dans le domaine s écrit :! ( ) " ( ku j ) C i2 j 2 " 2 u j "x I C i1 j 2 + C i2 j1 # kc i1 j1 ku! j "x 2 et la condition aux frontières du domaine s écrit :! $ u 1 (x 2 )e I ("t#kx 1 ) ' & ) U(x 1,x 2,x 3,t) = u 2 (x 2 )e I ("t#kx 1 & ) ), I 2 = #1 & % ) ( ( ) + $% 2 u j & ij = où i=1, 2 et avec sommation sur j=1, 2!! "u T i = C j i2 j 2 n 2 + IC 2kj1 ( ku j )n 2 où i=1, 2 et avec sommation sur j=1, 2! "x 2 M.V. Predoi et al., J.Acoust. Soc. Am. 121, 27 J.P. Jones et al., J. Appl. Mech. 34, 1967#! Solutions : (", k)! #*$%&"

28 Etude de la sensibilité des ondes de Lamb aux propriétés d un collage p% des C 11 et C 66 de l adhésif Mode C 11-5%" 9 Vitesse de phase (mm/ µs) Mode 2 8 C 66-5%" Mode 1-5% " -9% " Fréquence (MHz) 1 F c M3 de l assemblage n est pas sensible à une variation du C 11 de la colle! "# nécessité de trouver une autre grandeur ultrasonore qui y est sensible! #+$%&"

29 Etude de la sensibilité des ondes de Lamb aux propriétés d un collage Mode 1! Mode 2! Mode 3! Atténuation (db/mm)! Fréquence (MHz) Fréquence (MHz) Fréquence (MHz) Propriétés nominales! C 11-4%! C 66-4%! #,$%&"

30 Etude de la sensibilité des ondes de Lamb aux propriétés d un collage Sensibilité des vitesses de phase! Sensibilité de la fréquence de coupure du Mode 3 au C 66 de l adhésif! Sensibilité des atténuations! Les atténuations des Modes 1, 2 et 3 semblent permettre une évaluation de propriétés de la colle pour f <,6 MHz! Sensibilité aux k L et k T de l interface! Trop faible sensibilité! '&$%&"

31 Comment exploiter cette sensibilité de l atténuation? Mesure de la décroissance de l amplitude! Mode 1, 2 et/ou 3 Etat 1 de la colle! => Niveau 1 de l atténuation de la colle! Etat 2 de la colle! => Niveau 2 de l atténuation de la colle! T I Modes 1, 2 I Modes 1, 2 et/ou 3 et/ou 3 T Comment évolue le coefficient de transmission en fonction des propriétés cohésives de la colle?! Comment choisir le mode incident?! '!$%&"

32 Choix du mode incident à 4 khz x 2! x 1! A! Mode 1 S! Mode 2 S! Mode 3.5 Colle Aluminium.6 Colle Aluminium.4 Colle Aluminium Déplacement ( µm) u2 Déplacement ( µm) u2 Déplacement ( µm) u2 u1 u1 Patch u1 Patch Patch Position dans l'épaisseur (mm) 4.4 Position dans l'épaisseur (mm) 4.4 Position dans l'épaisseur (mm) 4.4 Mode A incident depuis l aluminium!"!mode 1 de l assemblage! Mode S incident depuis l aluminium!"!modes 2 et 3 de l assemblage! M.J.S. Lowe et al., J. Acoust. Soc. Am. 17, 2# '#$%&"

33 Principe des simulations numériques / Dispositif expérimental Les mesures! Coefficients de transmission "! T t A = Ampl A I Ampl A T t S = Ampl S I Ampl S Les simulations!!! ''$%&"

34 Les propriétés de la colle pendant le processus de réticulation Echantillon! x 3! x 2! E! Faisceau! incident!!" R! x 1! Eau! Rotation! x 3 x 2 x 1 Adhésif" 7.6 C11 (GPa) C66 (GPa) C 11 = 2.1+,62 " T # 2,7e #6 T 2 % C 66 " =,35 +,18 # tanh T $ 5 ( ' * & 2 )! $ C 11 =1,15 +,63 " tanh # T # 5 ' & ) % 4 (! % C 66 " =,29 +,24 # tanh T $ 5 ( ' * & 15 ) Temps! de réticulation (min) 132 Mesures n 1! Mesures n 2! Temps! de réticulation (min) 132 M. Castaings, sous dir. M. Bruneau et C. Potel, Matériaux et acoustique vol. 3, 26 '($%&"

35 Mesures du coefficient de transmission (cas du patch en PLEXIGLAS).7 Coefficient de transmission du mode A Temps de réticulation (min) 13 A 7 min! / C 66 à 4 khz.7 Coefficient de transmission de S Temps de réticulation (min) 13 S / C 11 " 9 min! 7 C11 (GPa).6 C66 (GPa) 78 min! 96 min! Temps de réticulation (min) 132 Temps de réticulation (min) 132

36 Importance de la viscoélasticité (cas du patch en PLEXIGLAS) Mode A incident Mode S incident ')"

37 Vers la résolution du problème inverse (patch en PLEXIGLAS) Joint de colle de,2 mm aluminium sablé".7 Mode A incident.7 Mode S incident Coefficient de transmission du mode A e c =,175 mm C 66 = C Nom 66 " 9% C 66 # = C # 11 = 5% C 66 # C 11 # Temps de réticulation (min) 13! Coefficient de transmission de S mesures simulations avec des propriétés initiales simulations avec des propriétés ajustées! e c =,175 mm C 11 = C 11 Nom " 9% Temps de réticulation (min) 13 '*$%&"

38 Mesures du coefficient de transmission (patch en COMPOSITE) Mode A incident Joint de colle de,2 mm Aluminium sablé.2 Mesures.5 Simulations Coefficient de transmission du mode A 24 Temps de réticulation (h) Coefficient de transmission du mode A Temps de réticulation (min) 13 = 21h4! Ralentissement du processus de réticulation " Imprégnation de la colle dans le composite?! '+$%&"

39 Synthèse Adhésif C 66 et C 11 Mesure des coefficients de transmission des modes A et S + Pb. inverse amorcé Patch" Interface k L et k T? I A "! I S Aluminium Modes 1, 2 et/ou 3 T A "! T S ',$%&"

40 I. Contexte de l étude! Plan de la présentation II. Les ondes SH pour tester le collage!! Géométrie et propriétés matériaux!! Calcul des courbes de dispersion et des champs des modes!! Etude de sensibilité!! Dispositif expérimental / Mesures!! Problème inverse! III. Les ondes de Lamb pour tester le collage!! Géométrie et propriétés matériaux!! Calcul des courbes de dispersion et des champs des modes!! Etude de sensibilité!! Transmission d une onde par une zone collée : simulations, mesures!! Vers la résolution d un problème inverse! IV. Essais non destructifs / Essais mécaniques! V. Conclusions et perspectives! (&$%&"

41 Objectif Mesures non destructives! "! C 11 et/ou C 66! Mesures destructives! "! Force d arrachement! Confrontation! Corrélation?! Essais destructifs! Si oui! Essais non destructifs! Remplacement des essais destructifs! par des essais non destructifs! (!$%&"

42 Présentation des éprouvettes de traction uni axiale 5 mm! (#$%&"

43 Confrontation essai US / traction (patch en PLEXIGLAS).5 12 Coefficient de transmission du mode A Temps de réticulation (min) Confrontation! Force (N) Temps de réticulation (min) Forte variation de t A mais pas de la force d arrachement! Si t A est déterminé à ± 5% près alors F peut est estimée à ± 6% près!! Force (N) t=12 t=8 t=6 t=5 t=4 t=2 t=1 t=3 t=15.1 Coefficient de transmission du mode A.5 Faible variation de t A pour une forte variation de la force d arrachement! Si t A est déterminé à ± 5% près alors F peut est estimée à ± 3% près!! ('$%&"

44 Confrontation essai US / traction (patch en COMPOSITE).8 3 Coefficient de transmission du mode A Confrontation! Force (N) Temps de réticulation (min) 3 t= Temps de réticulation (min) Force (N) t=4 t=6 t=8 t=3 t=5 t=1 t=2 t=15 Coefficient de transmission du mode A.1 (($%&"

45 I. Contexte de l étude! Plan de la présentation II. Les ondes SH pour tester le collage!! Géométrie et propriétés matériaux!! Calcul des courbes de dispersion et des champs des modes!! Etude de sensibilité!! Dispositif expérimental / Mesures!! Problème inverse! III. Les ondes de Lamb pour tester le collage!! Géométrie et propriétés matériaux!! Calcul des courbes de dispersion et des champs des modes!! Etude de sensibilité!! Transmission d une onde par une zone collée : simulations, mesures!! Vers la résolution d un problème inverse! IV. Essais non destructifs / Essais mécaniques! V. Conclusions et perspectives! (%$%&"

46 Aluminium Patch Onde guidée! Conclusions Adhésif" Interface Objectif "! Evaluer la qualité du collage! Etude de sensibilité! 3 modes SH! 5 à 7 modes de Lamb! Pas de sensibilité suffisante aux propriétés de l interface aluminium/colle! V ph SH et SH 1 autour de F c SH1 sensibles aux propriétés du joint de colle! t A et t S sensibles aux propriétés du joint de colle et à son épaisseur entre 3 et 55 khz! Estimation de G! Pb. fortement amorcé et! l étude doit encore être approfondie! Corrélation essais US / traction uni axiale " F évolue linéairement en fonction de t A (assemblage aluminium/colle/composite)" ()"

47 Perspectives En ce qui concerne l évaluation des propriétés cohésives de la colle : Confrontation des résultats obtenus avec les ondes guidées SH avec ceux obtenus par l intermédiaire d un «wedge test» G c = 3E"2 h 3 8a 4! Energie critique de fracture G c en fonction de la vitesse v de propagation du front de fissure! Les premiers résultats confirment une évolution des propriétés du joint pendant ~11 jours! M. Budzik et al., J. Adhes. Sci. Technol. (in press)! (*$%&"

48 Perspectives En ce qui concerne l évaluation des propriétés cohésives de la colle : Comprendre pourquoi la colle réticule plus lentement lorsque le patch est en composite plutôt qu en plexiglas" Etablir dans quelle mesure l étude est transposable à d autres types d assemblage - autre colle (par exemple de type Redux) - autre patch - autres matériaux - autre géométrie de patch - autre géométrie de collage etc. (+$%&"

49 Perspectives En ce qui concerne l évaluation des propriétés adhésives de la colle : Exploiter la réponse non linéaire de l interface aluminium/colle lorsqu elle est soumise à une excitation ultrasonore de forte amplitude pour tenter de différencier plusieurs niveaux d adhésion" Excitation de! forte amplitude! Onde longi! Patch! Colle! Onde guidée! Aluminium! (,$%&"

50 Merci %&$%&"

51 Annexes

52 Confrontation essai US / «wedge test» G c = 3E"2 h 3 8a 4 G! (énergie de! fracture)! t!! (vitesse de propagation! de la fissure)! v = da dt Energie critique de fracture G c en fonction de la vitesse v de propagation du front de fissure!! énergie nécessaire pour créer une unité de surface de fracture! Réaliser 1 test à différents moments de la réticulation! pour une confrontation avec les essais US! Les premiers résultats confirment une évolution des propriétés du joint pendant ~11 jours! M. Budzik et al., J. Adhes. Sci. Technol. (in press)!

53 Le calcul d erreur pour l évaluation des C ij Mesure du champ acoustique transmis pour plusieurs angles d incidence! A k Exp Valeurs initiales pour l optimisation des C ij! Fonction des C ij permettant de calculer le champ transmis! (obtenue grâce au pb. direct)! A( C) Echantillon! x x 2! 3!! E!!" R! x 1! Eau! Rotation! Algorithme d optimisation! Meilleure estimation des modules de viscoélasticité avec une certaine erreur!! C = C i + "C i m! # F( C) = % A Exp & ) k " A( C) $ ' k=1 ( ) i=1,,n ( 2 k?! r i = "C i C i Différence entre les valeurs mesurées et calculées" ""! Matrice d insensibilité de la fonction A au paramètre C i! "" Finalement! "" r = Ie et! S. Baudouin et al., J. Acoust. Soc. Am. 12, 1997!!! max( r i ) " I ik e k! n i=1 e k = A Exp k " A( C)! k I = S "1 où S! $ # A( C i = C i ) & i %& m # k=1 #C i k ' ) ()

54 Le ralentissement de la réticulation Erreur de mesures Colle périmée Diffusion Photosensibilité NON! NON!?! A priori non! Temps de mesures reproductibles! Ordre des mesures :!!1. plexiglas!!2. composite!!3. plexiglas! Essais US! +! Essai de dureté! Bourrelets! toujours visqueux! après 1h! E! R! Colle! Substrat! Suivi de l évolution du coefficient de transmission pendant la réticulation! Duromètre Shore! Aluminium! Composite" Téflon" Plexiglas! Pourquoi t A n évolue! plus après ~1h?!?! Interface Rugosité Plexiglas avec même profil de surface que composite! Colle! Substrat! Plexiglas! Composite"

55 Les effets de la viscosité sur le calcul du coefficient de transmission Composite (1,2 mm)! Colle (,2 mm)! Aluminium (3 mm)!.6 Mode 1!.6 Mode 2!.25 Mode 3! Atténuation (db/mm) Atténuation (db/mm) Atténuation (db/mm) Fréquence (MHz) Fréquence (MHz) Fréquence (MHz) Assemblage aux propriétés nominales! Assemblage avec colle élastique!

56 Etude de la sensibilité des ondes de Lamb aux propriétés d un collage Mode 1 et 2! Mode 3! Atténuation (db/mm) 1.5 Atténuation (db/mm) Fréquence (MHz) Fréquence (MHz) C 11-4%! C 66-4%!

57 Choix du mode incident à 4 khz x 2! x 1! A! Mode 1 S! Mode 2 S! Mode 3.7 Déplacement ( µm) Patch Colle u2 Aluminium u1 2 Déplacement ( µm) u2 Colle u1 Aluminium.4 Déplacement ( µm) Colle u1 Aluminium u2 -.3 Position dans l'épaisseur (mm) 4.2 Patch -1.5 Position dans l'épaisseur (mm) 4.2 Patch -.3 Position dans l'épaisseur (mm) 4.2 Mêmes conclusions que pour un patch en composite Mode A incident depuis l aluminium!"!mode 1 de l assemblage! Mode S incident depuis l aluminium!"!modes 2 et 3 de l assemblage! M.J.S. Lowe et al., J. Acoust. Soc. Am. 17, 2#