Thèse soutenue

Développement d'une nouvelle génération de capteurs pour la surveillance de la santé structurale des composites en temps réel

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Auteur / Autrice : Yumna Qureshi
Direction : Mostapha Tarfaoui
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
Date : Soutenance le 10/07/2020
Etablissement(s) : Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne
Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme - Institut de Recherche Dupuy de Lôme
Jury : Président / Présidente : Francisco Chinesta
Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Benbouzid, Fodil Meraghni, Daniela Plachá, Khalid Lafdi
Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Coutellier, Fouad Erchiqui

Résumé

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Les composites ont remplacé les matériaux traditionnels dans presque toutes les applications d'ingénierie et de structure en raison de leurs performances extraordinaires, mais ils ne sont pas exemptes de limitations et de problèmes. Bien qu'il s'agisse d'un matériau polyphasé, les mécanismes d'initiation et de propagation des dommages conduisant à la rupture est bien établi et le problème est que ces dommages ou défaillances ne sont pas toujours visibles. Ainsi, même lorsque la structure globale est toujours intacte, il est essentiel d'étudier ses performances en conditions opérationnelles en temps réel pour éviter tout incident catastrophique. Ainsi, une surveillance de la santé structurelle in-situ a été développée dans laquelle les données structurelles peuvent être collectées et analysées en temps réel pour identifier la présence de dommages. L'étude menée dans le cadre de ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du développement d'un système de capteurs sensible et robuste qui peut non seulement surveiller la déformation des structures composites en temps réel, mais aussi détecter l'initiation et la propagation des dommages sous différentes conditions de charge. Dans cette étude, trois systèmes de capteurs différents ont été développés en utilisant des matériaux fonctionnels intelligents pour étudier leur efficacité dans le suivi de la déformation des composites dans différentes directions et positions sous différente type de chargement. Un objectif supplémentaire de ce projet est d'étudier les performances de détection de chaque système de capteurs et de démontrer s'ils peuvent identifier le type de déformation en plus de leur détection en temps réel. Les résultats ont établi que chaque système de capteur présentait un bon potentiel en tant que capteur flexible de contrainte pour la surveillance in-situ des composites et leur disposition peut fournir une détection sur une grande section et des emplacements inaccessibles. La comparaison des résultats de la campagne d’essais a permis de sélectionner les meilleurs systèmes de capteur qui sont ensuite utilisés pour la détection des dommages dans les composites sous l’action des charges statiques et dynamiques. Cette étude donne une vision complète concernant le comportement de détection de différents systèmes de capteurs sous différentes charges opérationnelles et montre également que la position et l’orientation du capteur dans l'échantillon jouent un rôle vital. Sur la base de cette comparaison détaillée, le système de capteurs sélectionné surveille non seulement la déformation en temps réel, mais permet également de détecter le déclenchement et la propagation des dommages ainsi que d’identifier et quantifier leur nature sous des chargements statiques et dynamiques. De plus, des modèles numériques robuste ont été développés et corréler avec les résultats expérimentaux. Les résultats numériques ont non seulement validé le comportement mécanique expérimental de l'échantillon composite, mais ont également confirmé le signal de détection du capteur placé dans différentes positions et directions au sein de l'échantillon composite. Ce travail de recherche a donné lieu à plusieurs publications dans des revues de rang A (6 articles), 1 chapitre dans un livre, 1 publication dans la bibliothèque numérique SPIE et 6 présentations orales dans différentes conférences.