Détection et quantification operando de l'endommagement dans les composants automobiles en composite polyamide/renfort continu soumis à la fatigue-pré et/ou post impact par les techniques ultrasonores avancées

Operando detection and quantification of damage in the automotive components made of polyamide based composite reinforced with continuous fibres submitted to the fatigue-pre and/or post-impact by advanced ultrasonic techniques

• Auteur / Autrice : Nada Miqoi
• Direction : Fodil Meraghni, Nico F. DECLERCQ
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique-matériaux (AM)
• Date : Soutenance le 25/11/2021
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux (Metz ; 2011-....) - Laboratoire d'Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux (Metz ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (Paris ; 1780-....)
• Jury : Président / Présidente : Mohamed Badreddine Assouar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fodil Meraghni, Nico F. DECLERCQ, Mostapha Tarfaoui, David Citrin, Lynda Chehami, Stéphane Delalande
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mostapha Tarfaoui, David Citrin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites -- Fatigue

Thèses et écrits académiques

Fatigue

Mots clés libres

Impact

Cnd

Fatigue

Endommagement

Composites

Ultrasound

Fatigue

Ultrasound

Ndt

Low- velocity impact

Damage

Composites

Résumé

La détection et la caractérisation des endommagements dans des composantes automobiles fabriquées en matériaux composites restent un souci majeur que les constructeurs automobiles cherchent à confronter. Le projet de thèse s'inscrit dans cette thématique et a comme but l'analyse qualitative et quantitative des endommagements induits par différentes sollicitations dans un composite à matrice polyamide 66/6 renforcé de fibres de verre tissées sergé 2/2. Pour cela, des essais d’impact à faible vitesse à différents niveaux d’énergie, des essais de fatigue en traction-traction ainsi que des essais d’impact post-fatigue, sont réalisés. Une méthodologie expérimentale qui repose sur l'utilisation des méthodes de contrôle non-destructif est établit et a pour but l’évaluation de l’endommagement induit par différents chargements. Différents outils sont utilisés dans cette étude, à savoir : la microscopie optique, la microscopie électronique, la tomographie aux rayons X, les ondes guidées (les ondes de Lamb), l'imagerie C-Scan par propagation des ondes de volumes et d'autres outils ultrasonores. En effet, les mécanismes d’endommagement liés aux multiples sollicitations sont observés et leurs degrés de propagation en fonction du type et du niveau de chargement sont examinés. Les propriétés résiduelles sont estimées par le biais de la vitesse de propagation des ondes de volume. En outre, une investigation basée sur la propagation des ondes de Lamb est menée. A l'issu de cette étude, des indicateurs d'endommagement, permettant de quantifier l'état d'endommagement induit dans chaque échantillon inspecté, sont proposés. Finalement, des essais de traction quasi-statique sont réalisés pour la prédiction des propriétés résiduelles post-chargement.

The detection and characterization of damage in automotive components made of composite materials remains a major concern that automotive manufacturers are seeking to address. The aim of this thesis project is to qualitatively and quantitatively analyze the damage induced by different solicitations in a polyamide 66/6 based composite reinforced with 2/2 woven glass fibers intended for automotive applications. For this purpose, low-velocity impact tests at different energy levels, tensile-tensile fatigue tests as well as impact post-fatigue tests are conducted. An experimental methodology relying on the use of non-destructive testing methods (NDT) is established and aims at the assessment of the damage induced by different types of loads. Several tools are used in this study, namely: optical microscopy, X-ray tomography, guided waves (Lamb waves), C-Scan imaging and other ultrasonic tools. The damage mechanisms associated with the multiple loading are observed and their degrees of propagation as a function of the type and level of loading are examined. The stiffness matrix components are estimated by means of the velocity of propagation of the bulk waves. Furthermore, a Lamb waves-based investigation is conducted. By estimating the velocity of propagation of the waves, velocity profiles as a function of the angle of emission/reception are obtained. As a result of this study, several damage indicators are proposed to quantify the damage state induced in each inspected specimen. A good correlation between all experimental results is found indicating the efficiency of the developed Lamb waves-based method. Finally, quasi-static tensile tests are carried out to estimate the post-loading residual properties.