Etude de transducteurs en barrette adaptés au contrôle santé par ondes de Lamb de structures aéronautiques composites PDF Download
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Author: Thierry Demol
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ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 203
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Book Description
L'industrie aéronautique utilise désormais intensivement les matériaux composites car leurs caractéristiques sont très avantageuses. Dès lors, des méthodes de contrôle non destructif adaptées ont été développées. Parmi elles, l'utilisation des ondes de Lamb autorise un contrôle de plaques de grandes dimensions avec un nombre restreint de transducteurs, ce qui permet d'envisager, à terme, la réalisation de matériaux et structures « sensibles ». Dans le cadre de ces développements, le travail présenté consiste à réaliser et évaluer des transducteurs minces, constitués de plusieurs éléments piézo-électriques indépendants, appelés transducteurs en barrette. Dans une première partie, la propagation des ondes de Lamb dans les composites stratifiés de type carbone-époxyde est étudiée et les diverses méthodes de contrôle de ces matériaux sont présentées. La seconde partie est consacrée à la réalisation de deux couples de transducteurs mobiles. La nature des ondes générées est vérifiée par différentes méthodes et les performances sont comparées à celles de transducteurs à incidence oblique généralement utilisés. Le principe de fonctionnement des transducteurs est vérifié expérimentalement, des améliorations peuvent dès lors être proposées. Dans la troisième partie, l'instrumentation, en surface, de composites de différents drapages est réalisée de manière à évaluer les performances des transducteurs en barrette. Enfin, la dernière partie est consacrée au comportement passif des transducteurs lorsque les plaques sont soumises à des impacts de type basse vitesse auxquels sont particulièrement sensibles les composites étudiés. Les résultats expérimentaux soulignent la possibilité de détecter la nature endommageante de ces impacts par des techniques simples de traitement du signal. L’ensemble des résultats permet de dégager les perspectives d'utilisation des transducteurs en barrette.
Author: Thierry Demol
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Languages : fr
Pages : 203
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L'industrie aéronautique utilise désormais intensivement les matériaux composites car leurs caractéristiques sont très avantageuses. Dès lors, des méthodes de contrôle non destructif adaptées ont été développées. Parmi elles, l'utilisation des ondes de Lamb autorise un contrôle de plaques de grandes dimensions avec un nombre restreint de transducteurs, ce qui permet d'envisager, à terme, la réalisation de matériaux et structures « sensibles ». Dans le cadre de ces développements, le travail présenté consiste à réaliser et évaluer des transducteurs minces, constitués de plusieurs éléments piézo-électriques indépendants, appelés transducteurs en barrette. Dans une première partie, la propagation des ondes de Lamb dans les composites stratifiés de type carbone-époxyde est étudiée et les diverses méthodes de contrôle de ces matériaux sont présentées. La seconde partie est consacrée à la réalisation de deux couples de transducteurs mobiles. La nature des ondes générées est vérifiée par différentes méthodes et les performances sont comparées à celles de transducteurs à incidence oblique généralement utilisés. Le principe de fonctionnement des transducteurs est vérifié expérimentalement, des améliorations peuvent dès lors être proposées. Dans la troisième partie, l'instrumentation, en surface, de composites de différents drapages est réalisée de manière à évaluer les performances des transducteurs en barrette. Enfin, la dernière partie est consacrée au comportement passif des transducteurs lorsque les plaques sont soumises à des impacts de type basse vitesse auxquels sont particulièrement sensibles les composites étudiés. Les résultats expérimentaux soulignent la possibilité de détecter la nature endommageante de ces impacts par des techniques simples de traitement du signal. L’ensemble des résultats permet de dégager les perspectives d'utilisation des transducteurs en barrette.
Author: Thierry Demol
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Languages : fr
Pages :
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Author: Sébastien Grondel
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ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 276
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Book Description
Ce travail est consacré à l'étude et à la mise au point d'un système de surveillance embarqué destiné au contrôle santé de structures aéronautiques. Le système choisi pour réaliser ce « contrôle santé intégré » repose, d'une part, sur l'excitation et la réception d'ondes de Lamb le long de la structure, par l'intermédiaire de transducteurs piézoélectriques fonctionnant en émetteur-récepteur et d'autre part, sur la veille permanente de la structure par ces mêmes transducteurs. L'utilisation d'un tel système s'avère cependant complexe et un certain nombre de points techniques doivent être résolus afin d'optimiser ce type de surveillance. En premier lieu, une parfaite connaissance des caractéristiques des ondes de Lamb générées est nécessaire. Dans ce but, différentes techniques de mesures de vitesse sont utilisées et appliquées avec succès sur des exemples variés comme celui d'une aile d'avion. D'autre part, une série d'essais préliminaires est réalisée sur des plaques métalliques rivetées ainsi que sur des parties d'aile d'avion en composite, afin de s'assurer du bon fonctionnement de ce système sur des structures réelles. Ainsi, des défauts de nature différente (fissures de fatigue, endommagements liés a des impacts basses vitesses) sont initiés dans ces structures puis détectés. Enfin, une technique de modélisation hybride (éléments finis - modes normaux) est utilisée dans le but de concevoir des transducteurs mieux adaptés a la génération des modes de Lamb. Les résultats sont ensuite concrétisés sur une plaque composite de symétrie orthotrope.
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Category : Fiber optics
Languages : en
Pages : 368
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Author: Faysal El Youbi
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Category :
Languages : fr
Pages : 280
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Ce travail concerne d'une part, l'étude d'un système de Contrôle Santé Intégré (CSI) basé sur la génération et la réception d'ondes de Lamb par des transducteurs multiéléments, et d'autre part, le développement d'un outil de traitement de signal capable d'identifier les modes de Lamb présents et d'étudier leurs sensibilités à la présence de défauts. Pour accomplir cette tâche, une relation théorique entre la transformée de Fourier à fenêtre glissante (STFT) et la Transformée de Fourier à 2 dimensions (TF2D) a été démontrée. La comparaison des amplitudes obtenues a été rendue possible par l'application de ces deux techniques de traitement de signal. Ceci a permis premièrement, d'améliorer l'identification des modes de Lamb présents et deuxièmement, de constater la présence de modes parasites. Par ailleurs, la Modélisation Eléments Finis (MEF) du système a révélé que les éléments piézoélectriques des transducteurs étaient à l'origine de ces modes parasites. Afin d'éliminer ces parasites, la solution proposée a été de réduire les épaisseurs des éléments. De plus, cette étude a montré que le transducteur en réception pouvait être amélioré en développant un transducteur segmenté. Une fois ce système optimisé, un défaut de type trou a été introduit dans la plaque afin d'étudier la sensibilité des modes à sa présence et à sa taille. Les signaux reçus ont ensuite été traités. Les résultats obtenus ont permis de tester la sensibilité des modes vis-à-vis la taille de ce trou. Ils démontrent donc clairement l'utilité du système développé pour le CSI de structures
Author: Emmanuel Moulin
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Languages : fr
Pages : 306
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Les matériaux composites, utilisés abondamment en aéronautique, offrent des avantages certains et bien connus (faible masse volumique, bonnes propriétés mécaniques). Ils ont cependant le gros défaut d'être très sensibles aux impacts et sont susceptibles de subir des dégradations critiques du fait de leur environnement hostile. Le contrôle-santé de ces matériaux est donc d'une importance capitale. Les politiques actuelles de maintenance aéronautique imposent des contrôles réguliers qui immobilisent périodiquement les avions pendant de longues périodes. L’objectif final des recherches effectuées dans le cadre de cette thèse est donc de remplacer à terme ces périodes d'inspection par des contrôles permanents des matériaux en cours de fonctionnement normal. La solution proposée est l'utilisation de transducteurs piézoélectriques intégrés (collés en surface ou insérés). Les ondes ultrasonores générées de cette manière, dites ondes de Lamb, sont capables de se propager sur longues distances et d'interagir avec les défauts types des structures considérées. La propagation des ondes de Lamb étant en général multimode, il apparait que la possibilité de sélectionner les modes générés est un aspect important du problème. Or, la génération par transducteurs miniatures ne permet pas cette sélection de façon triviale. Aussi, une technique de modélisation adaptée à ce type de système a-t-elle été développée. Cette technique, exploitant une approche couplée méthode des éléments finis - développement en modes normaux, permet de prévoir les ondes de Lamb générées, en fonction des paramètres du transducteur et de la plaque. En plus de validations numériques, les résultats expérimentaux préliminaires ont permis de vérifier la faisabilité technologique de ce type de système, et de valider en partie cette modélisation. Des exemples pratiques d'application de la méthode pour les cas du transducteur mono- et multi-élément en surface, ainsi que mono-élément inséré sont également présentés.
Author: Mohamed Masmoudi
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Languages : fr
Pages : 0
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Le contrôle non destructif par ondes guidées générées et détectées par des transducteurs ultrasonores à couplage par air, présente deux avantages majeurs. Le premier réside dans la capacité des ondes guidées à transporter l'information sur la qualité du milieu sur une grande distance. De plus, l'absence d'un milieu de couplage liquide entre les capteurs et le milieu à tester, rend le contrôle plus commode. Ce travail consiste d'abord à développer un procédé de simulation numérique qui prend en considération de nombreux paramètres du système de contrôle. Dans une optique de réduire le nombre de degrés de liberté, un modèle hybride a été développé qui consiste en une combinaison entre un modèle analytique basé sur l'intégrale de Kirchhoff pour la propagation des ultrasons dans l'air et un modèle éléments finis de la propagation des ondes guidées dans le matériau. La mesure des caractéristiques du transducteur à couplage par air (efficacité de l'émetteur et sensibilité du récepteur) permet, d'une part, de calculer la valeur exacte de la pression dans l'air et les valeurs exactes des champs de contraintes et de déplacements dans la structure, pour une tension et une fréquence d'excitation, et d'autre part, de remonter à la tension électrique aux bornes de ce récepteur pour une pression rayonnée par le matériau. Par suite, cette caractérisation rend possible la comparaison entre les prédictions numériques de la réponse (en niveau de tension) du système et les mesures expérimentales correspondantes. A la lumière du modèle numérique développé, une optimisation des paramètres du système de contrôle (angle, fréquence,diamètre, direction de propagation, champ proche et champ lointain) a été effectuée pour améliorer la pureté des modes guidés par le matériau. Une manipulation expérimentale, basée sur un transducteur à couplage par air pour l'émission et une sonde laser pour la réception, a été alors mise en place pour valider quelques prédictions numériques. Ensuite, on a étudié l'interaction des ondes guidées ultrasonores avec des défauts de type délaminage enfouis dans une plaque composite à symétrie quadratique. Pour cela, on a analysé la sensibilité des deux modes fondamentaux A0 et S0 au délaminage en terme de détectabilité. En parallèle, on a traité un problème inverse qui consiste à dimensionner un délaminage par le calcul du spectre fréquentiel du coefficient de réflexion. Enfin, on a mis en évidence le potentiel des transducteurs à couplage par air à ausculter des pièces aéronautiques impactées.
Author: Sébastien Grondel
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Languages : fr
Pages : 0
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Author: Mohammed Moutaouekkil
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Languages : fr
Pages : 0
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Le contrôle de la propagation des ondes élastiques repose principalement sur la conception de milieu artificiel à base de matériaux structurés pour obtenir une ingénierie avancée de la dispersion de la propagation. Au cours de la thèse, la dispersion du mode (S0) dans des membranes micro-structurées à base d'AlN a été numériquement investiguée et les applications qui en découlent explorées. Il est mis en évidence le lien fort entre la dispersion du mode et la sensibilité aux perturbations externes en combinant la membrane d'AlN avec une couche de SiO2 structurée en rubans. En particulier, il est montré qu'il est possible d'obtenir un TCF=0 pour les résonateurs sans presque aucune dégradation du coefficient K2. Il est montré qu'il est possible d'ouvrir des bandes interdites avec une largeur de l'ordre de 50% en structurant l'AlN sous forme de rubans ou en utilisant des piliers pour former un PhnC. Sur cette base, des designs de cavités et de guides d'ondes sont proposés et leurs performances sont étudiées en fonction des paramètres géométriques. Il est également proposé un nouveau design de cavité basé sur l'introduction d'un défaut résonant dans le PhnC sous forme de disque de dimension très petite par-rapport à la taille de la cellule élémentaire. Le défaut permet d'introduire des modes quasi-plats dans le diagramme de bande et permet en conséquence la conception d'une nouvelle génération de dispositifs phononiques robustes pour des applications en traitement du signal et capteurs. Les structures optimales sont utilisées pour la conception de capteur de champs magnétiques, une sensibilité de 5% est obtenue pour le mode localisé dans le cas d'un disque magnéto-élastique.
Author: Mustapha Baouahi
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Category :
Languages : fr
Pages : 308
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Book Description
Le secteur aéronautique s’est investi fortement dans le développement d’un système de contrôle-santé intégré. Celui-ci vise à réaliser une surveillance permanente et en temps réel de l’état de santé d’une structure sans l’immobilisation de l’appareil. L’une des techniques prometteuses pour effectuer ce contrôle est basée sur l’utilisation de transducteurs piézoélectriques miniatures intégrés aux matériaux. Ces transducteurs vont alors générer les ondes de plaques appelées aussi les ondes de Lamb. Les recherches effectuées dans cette thèse sont consacrées principalement à etudier le phénomène physique de la propagation des ondes de Lamb en trois dimensions. A cet effet, et dans un premier temps, la directivité des transducteurs piézoélectriques générant ces ondes ultrasonores a été prédite. Ensuite, en utilisant la technique de multi – éléments en émission, le champ ultrasonore est focalisé vers une direction choisie. Dans un deuxième temps, un modèle approché nommé Pseudo-3D a été développé pour avoir l’amplitude du champ ultrasonore en 3D. Ainsi, en utilisant la méthode hybride basée sur l’approche couplée de la MEF et du modèle Pseudo-3D, nous avons évalué l’amplitude du champ acoustique dû à un transducteur piézoélectrique. Cette amplitude est ensuite comparée aux résultats obtenus à l’aide d’une modélisation par éléments finis en 3D. Une bonne concordance est observée. Enfin, une étude expérimentale est réalisée afin de valider les résultats numériques
