Caractérisation de défauts par méthodes ultrasoniques et thermo-optiques Eric KUHN

Transcription

1 Caractérisation de défauts par méthodes ultrasoniques et thermo-optiques Eric KUHN Journée «Contrôle non destructif et caractérisation de défauts» Salon MESUREXPOVISION 25 octobre 2012

2 Matériau étudié : les composites stratifiés Répartition des matériaux du nouveau Boeing 787 [Site internet : 50% de la structure est en composite dont la grande majorité est du composite stratifié carbone/époxy placé à des éléments structuraux. Il est donc nécessaire d employer des moyens d investigations avancés pour les contrôler.

3 Mécanismes de rupture observés dans les stratifiés [J.-M Berthelot, Matériaux composites Comportement mécanique et analyse des structures, Editions TEC & DOC, 3 ème édition, 1999, page 236] Délaminage (a et b), Délaminage et rupture (c et d) [S. Mohammadi, «Contact based delamination and fracture analysis of composites», Thin-Walled Structures 40 (2002) ] Exemple de défauts présents dans les composites [Site internet de Materials Engineering Research laboratory Limited,

4 Il est en général intéressant d utiliser des méthodes de contrôle non destructif qui : - N imposent pas de limite sur la taille des échantillons à contrôler. - Sont adaptables aux structures fines fermées et donc où les tests sont réalisés en réflexion. - Sont applicables à tous types de matériaux. - Permettent d analyser des échantillons à géométrie complexe. Zone difficile - Sont capables de détecter des défauts de surface et enfouis. - Peuvent donner des résultats pour des échantillons entiers, c est-à-dire sous forme de distribution de champ. - Peuvent être facilement automatisé. - Peuvent être réalisés in-situ (ainsi, la pièce n a pas besoin d être démontée) La détection est réalisée par une caméra infrarouge Les vibrations mécaniques et les ondes optiques semblent être les sources d excitations les plus prometteuses

5 Thermosonique Excitation : mécanique avec une sonotrode (fréquence : 35kHz, puissance : 0 à 150W) Détection : thermique avec une camera IR (sensibilité : 20mK) Tests réalisés Puissance : 7.5W, 15W, 30W Temps d impulsion : 0.5s, 1s, 2s, 3s, 4s, 5s

6 Analyse du profil de températures Impact Clamp position

7 Evolution de la température de la surface de la plaque pendant le test à 15W - Apparition dès la première seconde d une augmentation anormale de la température - Visualisation rapide du délaminage et de sa forme

8 Etude du seuil Présence du délaminage Présence du délaminage Pas de délaminage

9 C scan ultrasons Cartographie du délaminage

10 Validation du seuil Image Thermosonique Image C scan Superposition des deux images Pourcentage d erreur entre les deux méthodes : 2,4%

11 Thermographie Excitation : réalisée thermiquement par un laser CO 2 pulsé Détection : thermique avec une camera IR (sensibilité : 20mK), source d éclairement à 10.6μm en dehors de la sensibilité de la caméra Composite plate IR Camera Gold mirrors ZnSe Lens CO 2 Laser

12 Analyse du profil de températures - Augmentation de la différence du niveau d énergie entre la zone saine et la zone délaminée au cours du temps - Etude possible en chauffage et en refroidissement

13 Evolution de la température de la surface de la plaque pendant le test thermographique - Apparition dès 0.2s d une augmentation anormale de la température - Visualisation rapide du délaminage et de sa forme

14 Détection synchrone A r 2a (, ) init cos( ) T r t T e t r r² 2a 2a r Détection de la profondeur du délaminage

15 Remarques générales Thermosonique Avantages - Détection du délaminage - Position aléatoire de la sonotrode Inconvénients - Méthode avec contact - Possibilité de détérioration du matériau (surtout en flexion) Thermographie - Détection du délaminage - Facilement automatisable - Méthode sans contact - Contrôle plus lent - Equipement plus cher