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Caractérisation de l’adhésion de matériaux de structures à l’aide de méthodes acoustique linéaires et non linéaires

Year: 2025
Type: dissertation
Abstract: Ces travaux de thèse financés par le programme PERFORM de l’IRT Jules Verne et réalisé au LAUM s’intéressent au développement de méthodes de caractérisation et d’évaluation de l’adhésion d’assemblages en composites ThermoPlastiques (TP) soudés. Le soudage thermoplastique a gagné en popularité auprès de l’industrie aérospatiale et ne cesse de se développer. Cependant, un frein au déploiement de ces structures à grande échelle est le manque de moyens de contrôle et d’évaluation non destructifs dédiés à ces assemblages particuliers. En effet, l’interface dans une soudure TP est très différente de celle d’un assemblage collé et les méthodes classiques de contrôle et d’évaluation notamment non-destructives ne sont pas nécessairement applicables et/ou fiables. La résistance mécanique des assemblages en composites TP est majoritairement contrôlée à l’aide de méthodes destructives comme les tests single-lap-shear. Ces moyens sont robustes mais ils sont coûteux et ne garantissent pas la qualité de l’ensemble des structures élaborées. En particulier, les fabricants ont observé la présence de défauts subtiles lors des tests mécaniques, mais qui n’avaient pas été vu lors de contrôles conventionnels comme celles effectuées par imageries ultrasonores. La génération de ces défauts n’est pas comprise aujourd’hui, et leur impact sur la résistance des assemblages n’est pas négligeable. Les méthodes acoustiques non-linéaires ont déjà démontré leur potentiel pour la détection de ce type de défaut. Cependant, elles sont souvent spécifiques, peu répétables et ne sont pas adaptées à l’industrie. Des résultats prometteurs ont été obtenus en laboratoire de recherche, mais l’intégration de ces méthodes dans un milieu industriel reste un challenge. Ainsi, l’objectif de ce travail est de développer une méthode de caractérisation de l’adhésion d’assemblages en composites TP soudés basée sur les acoustiques linéaires et non-linéaires. Les méthodes acoustiques développées doivent être capables d’évaluer la résistance mécanique des soudures de manière non-destructive et ce en prenant en compte les contraintes liées à la production industrielle (efficacité, coût, précision, répétabilité, etc.). Pour répondre à ces contraintes, l’utilisation de transducteurs ultrasonores couplés à l’air (ACUTs) est privilégiée. Les ACUTs permettent une excitation et une détection sans contact et rapide. Ils permettent également de générer différents types d’ondes élastiques selon l’inclinaison du capteur par rapport à la pièce à contrôler. Par ailleurs, les méthodes acoustiques non linéaires développées doivent être sensible aux défauts subtils. Les recherches effectuées dans le cadre de cette thèse ont abouti au développement de deux protocoles expérimentaux, un en régime linéaire et l’autre en régime non-linéaire. L’approche linéaire est une méthode inverse estimant les raideurs interfaciales de soudage TP à l’aide de plusieurs modes de Lamb. La seconde approche utilise les dynamiques lente et rapide pour étudier l’évolution temporelle de signaux transitoires et/ou stationnaires via leurs amplitudes et les harmoniques supérieurs générés lors de l’interaction « onde/composite soudé ». Cette étude est réalisée moyennant une excitation basse fréquence. Une évaluation quantitative de la qualité d’adhésion a pu être obtenue à l’aide d’une série de comparaisons avec les méthodes conventionnelles (imagerie et essais mécaniques). Cela a permis de vérifier la bonne cohérence entre les approches proposées dans ce travail et les méthodes actuellement utilisées et de souligner l’apport de ce travail de thèse en termes de sensibilité aux défauts dans l’interface. Les résultats obtenus sont encourageants et ouvrent la voie vers de nouveaux axes de recherche qui pourraient amener à une caractérisation de l’adhésion des soudages TP proche de la réalité.
Language: English
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7124514864
Cites:
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