Analyse paramétrique conventionnelle

L’amplitude a été pris comme paramètre de référence dans la classification des modes de ruptures des composites stratifiés. Chen [39] a classé les modes d’endommagement d’un composite à fibre de carbone soumis à des essais de flexion et de traction. Il a trouvé que les phénomènes provenant de la fissuration de la matrice ont des amplitudes comprises entre 60 dB et 80 dB alors que les signaux générés par la rupture des fibres sont de plus grandes amplitudes : 70 dB à 90 dB.

Kim et al. [40] ont fait des essais de mise en charge successives sur les composites à fibres de carbone et à matrice polymère à plis croisés [0/90]. L’intervalle d’amplitude (40 dB- 70 dB) a été assigné aux microfissurations de la matrice. Les signaux caractérisant la rupture des fibres ont une grande amplitude (60 dB- 100 dB).

Ceysson et al. [41] ont trouvé pour des essais de flexion sur un composite carbone/époxy une valeur moyenne de 50 dB pour les ruptures de matrice et 62 dB pour celles dues au délaminations.

Benzeggagh et Barre [42] ont étudié l’amplitude des signaux EA à la suite d’essais quasi- statiques et de fatigue. La fissuration de la matrice a été identifiée entre 40 dB et 55 dB, la décohésion fibre/matrice entre 60 dB et 65 dB et la rupture des fibres entre 85 dB et 95 dB. Kotsitos [43] a étudié un composite verre/polyester en fatigue. D’après lui, l’amplitude des signaux EA engendrés par la fissuration matricielle est d’environ 40 à 55 dB. La délamination de 55 à 70 dB et la rupture du renfort au-delà de 80 dB.

Il faut indiquer que les résultats qui se basent sur l’amplitude comme paramètre de séparation des modes d’endommagement dépendent fortement de la nature des fibres et matrice. Cela a poussé les chercheurs à considérer d’autres paramètres d’émission acoustique dans leurs études à savoir la fréquence et la durée des signaux.

Giordano [44] a réalisé un essai de traction sur un composite avec une seul fibre de carbone. Il a appliqué la transformé de Fourier des signaux AE afin d’isoler le pic fréquentiel dû à la rupture de la fibre. Pour cela, il a utilisé un capteur résonnant autour de 290 kHz et un capteur large bande (60 kHz - 1 MHz). Le capteur résonnant sert à éviter les signaux dus au bruit électromécanique du dispositif expérimental. Il a trouvé que la rupture de fibre peut avoir une composante fréquentielle allant de 100 kHz à 400 kHz.

Ramirez [45] a étudié un composite verre/polypropylène en traction et a obtenu le classement suivant (rupture des fibres = hautes fréquences), (décohésion et délamination = fréquence intermédiaires), (rupture de la matrice = fréquences faibles).

De Groot [46] a utilisé la transformée de Fourier à court terme sur des signaux acoustiques issus du test de traction et a trouvé que le contenu fréquentiel des signaux EA générés par la rupture de la matrice est compris entre 90 kHz et 180 kHz, dans l’intervalle [240 kHz – 310 kHz] pour la décohésion fibre matrice et 300 kHz pour les évènements générés par la rupture de fibres. L’auteur a utilisé un capteur large bande de type WD de la société PAC.

Maslouhi [47] a trouvé le même classement fréquentiel pour les deux premiers modes de ruptures. Cependant, il a trouvé des différences quant à la rupture des fibres qui d’après lui se fait à des fréquences beaucoup plus hautes (680 kHz – 760 kHz).

60 ÉTAT DE L’ART On remarque alors que les intervalles d’amplitudes et de fréquences trouvés dépendent du cas d’étude. Néanmoins, La croissance des valeurs de l’amplitude et de la fréquence du signal provenant de l’endommagement garde généralement la même tendance à savoir une augmentation de la valeur de ces deux paramètres en allant de la fissure matricielle à celle des fibres. Cette démarche peut certainement être affinée si on tient compte d’autres paramètres d’EA dans l’analyse.

Huguet, Godin et al. [48] ont procédé à une analyse conventionnelle sur un composite à fibre de verre. L’étude inclut plusieurs paramètres à savoir : l’amplitude, le temps de montée, la durée et l’énergie des signaux EA. Pour favoriser la génération et l’enregistrement d’un signal venant d’un mécanisme particulier, l’auteur a considéré plusieurs configurations du matériau utilisé. Des essais ont été menés sur la matrice seule et sur un composite mono filamentaire afin de distinguer les signaux de rupture de la matrice et des fibres. Ensuite, Il a testé de composite ayant la configuration [45/90] et [0/90] pour trouver les signatures caractérisant respectivement la décohésion fibre/matrice et la délamination. Les résultats ont trouvé que la délamination est décrite par des signaux de très grande durée, un temps de montée lent et une grande énergie. Le tableau suivant classe les différents mécanismes en fonction des paramètres choisis.

Tableau 2 : caractéristiques des signaux : A(fissure de matrice), B(décohésion), C(rupture des fibres) et D(délamination) [48]

Li [49] a utilisé une approche se basant sur l’énergie, l’amplitude et le nombre de dépassements des signaux EA pour séparer les modes d’endommagement en fatigue d’un câble composite carbone/polymère.

Dassios et al. [50] ont utilisé le temps de montée Rt pour caractériser les fissures causées par

la tension et le cisaillement. La valeur de Rt est petite quand le dommage est généré par une

ouverture en tension mais si Rt est grand alors il s’agit d’une fissure par cisaillement. Dans les

composites laminés, ce processus a été généralisé à un nouveau coefficient Ra défini comme

le rapport du temps de montée Rt sur l’amplitude du signal.

Aggelis [51] et Li [49] ont exploité ce même coefficient Ra ainsi que la fréquence moyenne.

Les deux auteurs ont conclu qu’un changement significatif de la valeur Ra est relié au passage

62 ÉTAT DE L’ART Cette méthode est prouvée être sensible à l’évolution des mécanismes d’endommagement, c’est pour cela qu’elle a été formulée par une approche modale.

L’émission acoustique peut être combinée avec d’autres techniques de contrôle non destructif afin d’atteindre des résultats plus précises en termes de séparation des modes d’endommagement. Les résultats d’EA ont été corrélés à la thermographie infrarouge et à la mesure de la résistance électrique pour étudier l’évolution en fatigue d’un composite à renfort de carbone tissé soumis à fatigue [52].

Bouchrak [53] a utilisé le paramètre énergie pour décrire l’endommagement d’un composite à fibre de carbone soumis à des essais de fatigue tension-tension. Les résultats ont été confirmés par des mesures C-Scan et une analyse microscopique. Dans la même perspective, Braisaz et Kanouni [54] ont utilisé l’émission acoustique avec la technique de la corrélation d’images numériques pour suivre la dégradation du module longitudinal d’un composite. Il a été trouvé dans leur cas que l’endommagement autour d’un défaut artificiel commence à environ 50 % de la durée de vie en fatigue de l’échantillon.

La technique de la corrélation d’images numériques a été utilisée par Cuadra et al. [55]. Ils ont étudié le comportement en fatigue d’un composite et ont trouvé qu’il existe trois plages d’endommagement. En utilisant une classification basée sur l’amplitude et l’aspect fréquentiel des signaux. Les trois intervalles d’endommagement sont définis respectivement de (0 à 32%) de la durée de vie pour l’intervalle I, (32% à 84%) pour l’intervalle II et (>84%) pour l’intervalle III. Ces intervalles ont été trouvés par la visualisation de l’évolution de trois paramètres principaux à savoir : la rigidité résiduelle, la densité d’énergie dégagée au cours de l’essai de fatigue et l’énergie des signaux d’EA. La figure 31 illustre la corrélation entre l’évolution de l’énergie EA et la résistance résiduelle. La figure 32 montre la signature des signaux EA trouvés pour chaque intervalle sans avoir assigner un mécanisme de rupture particulier à chacun des intervalles.

Figure 31 : Exemple de corrélation de l’énergie EA avec la dégradation de la rigidité résiduelle [55]

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