NDT-based design of joint material for the detection of bonding defects by infrared thermography

Non Destructive Testing (NDT) by active InfraRed Thermography (IRT) of bonded Carbon Fibers Reinforced Plastic (CFRP) laminates is a very challenging issue. Difficulties come from the weak contrast between the thermal properties of constitutive parts, the small thickness of the epoxy joint and also the depth of the bonded interface. The strategy considered in this work is to design a new joint material specially adapted to the NDT detection of bonding defects. Using a numerical model, it is suggested to reinforce the epoxy joint material with conductive boron nitride particles. Experimental investigation of defective assemblies confirms the interest of such approach through a clear improvement of the IRT defect detection capacity

A New NDT Method for the study of composite bonded repair

This paper deals with the non destructive analysis of bonded repaired CFRP laminates by means of an active Infrared Thermography (IT) approach. The challenging issue comes from the weak property contrast between parts of repaired assemblies (carbon-epoxy composites bonded by an epoxy glue) and thickness of the joint. A specific experimental device has been set up to strongly control tests conditions (heat load, boundary conditions) and be able to develop a physically consistent numerical model of the thermal problem. Comparison between measured and simulated surface temperature fields shows very good agreement regarding temporal and spatial evolutions and provides new solutions for the non destructive testing (NDT) of bonded repaired composites. Specially is investigated here the opportunity to incorporate relevant additives with specific infrared signatures into the adhesive to improve thermal contrast between different parts and thus to improve the defects detection

Infrared signatures of bonded interfaces for the repair of primary structures in composite materials

This paper deals with the use of infrared thermography for the reliability evaluation of bonded repaired composite structures. To address such issue, the present work intends to characterize a heat flow load by inverse identification. In this way, a specific experimental bench is developed to carry out thermal tests under controlled conditions. Moreover, the FEMU technique is adopted to identify the heat flow amplitude by means of correlation between experimental and numerical surface temperature fields. Such procedure is used on metallics coupons to identify the heat flow and is validated on carbon fiber laminates with different lay up

Bonded repair issues for composites: An investigation approach based on infrared thermography

An original approach based on active Infrared Thermography (IT) addresses the very challenging issue of the nondestructive analysis of bonded repaired CFRP laminates. Difficulties come from the weak property contrast between parts of repaired assemblies and thickness of the joint. Strong attention is given here to the control of experimental tests conditions (heat load, boundary conditions), which allows to develop a physically consistent numerical model of the thermal problem. Comparison between measured and simulated surface temperature fields shows very good agreement regarding temporal and spatial evolutions for composites with different lay-up and offers new solutions for the NonDestructive Testing (NDT) of bonded repaired composites

Comportement thermique d'un joint de colle structural et analyse par thermographie infrarouge : application à la caractérisation de structures composites réparées

Ces travaux abordent la question du Contrôle Non Destructif (CND) par Thermographie InfraRouge (TIR) des réparations par collage structural de stratifiés carbone-époxyde. Les difficultés d’investigation de ce type d’assemblage proviennent du faible contraste de propriétés thermiques entre les différents éléments constitutifs de la réparation. Pour remédier à ce problème, une approche originale visant à modifier les propriétés thermique du joint de colle structural a été mise en œuvre numériquement par le biais d’un modèle par Eléments Finis (EF). La pertinence du comportement thermique identifié a ensuite été validée expérimentalement sur une réparation comportant des défauts de collage représentatif de cas réels

Analyse de réparations collées par thermographie InfraRouge : optimisation de la réponse thermique du joint structural

Ce travail vise à l'optimisation de la détection de défauts dans des assemblages collés. La stratégie employée associe une nouvelle procédure expérimentale de Contrôle Non Destructif par Thermographie InfraRouge et la conception d'un nouveau matériau joint aux propriétés thermiques spécifiques

Impact de plaques composites : caractérisation et modèles

Nous nous intéressons au comportement de plaques minces composites stratifiées à fibres longues et à base de carbone/époxyde ou verre/époxyde. Le travail présenté s'insère dans une étude globale visant la simulation numérique de l'évolution de l'endommagement interne des plaques. Le but de cet article est essentiellement de dégager une relation entre l'état d'endommagement mesuré dans la plaque et l'énergie d'impact absorbée correspondante, à partir des travaux exposés dans la littérature. Pour cela, nous présentons notre analyse des conditions de chargement typiques de la sollicitation d'impact transverse direct: nous différencions les, chargements de poinçonnement et de flexion de la plaque sur la localisation, l'initiation et la propagation de la fissuration intralaminaire et du délaminage interlaminaire. Sur la base de cette analyse, nous proposons un modèle phénoménologique d'évolution interactive des dommages tenant compte des modes de chargement et des énergies dissipées, et une identification de l'interaction paramètres expérimentaux/dommages. Nous exposons ensuite notre analyse de modèles de lois de contact par rapport au modèle phénoménologique présenté

Prédiction des efforts responsables du délaminage lors du perçage des structures composites fibres longues

International audienceIn this paper, we propose a numerical Finite Element analysis within a quasi static framework of the thrust forces responsible for the defect at exit of the hole during the drilling phase of long fibers composite structures. This numerical model-compared with the analytical models existing in the literature-takes into account the tool point geometry as well as the shear force effects in the laminate. The validation of the numerical model is carried out thanks to tests of punching at low speed on two types of semi products in carbon / epoxy long fiber manufactured by the Hexcel Composites company. The numerical results present a good correlation with the experimental values. Moreover, a comparison between the numerical thrust forces and those provided by the analytical models of the literature are discussed.Dans cet article, on propose une analyse numérique par E. F. dans un cadre quasi statique des efforts de poussée responsables du défaut en sortie du trou lors du perçage de plaques composites fibres longues. La particularité de ce modèle numérique, comparé aux modèles analytiques existants dans la littérature, est qu'il prend en considération la géométrie de la pointe de l'outil ainsi que les effets des efforts tranchants dans le stratifié. La validation de ce modèle numérique est réalisée grâce à des essais de poinçonnement à faible vitesse sur deux types de semi produits en carbone/époxy fibres longues fabriqués par Hexcel Composites. Les résultats numériques présentent une bonne corrélation avec les valeurs obtenues expérimentalement. De plus, une comparaison entre les efforts de poussée numériques et ceux fournis par les modèles analytiques de la littérature est discutée

Mesures à coeur par réseaux de Bragg pour caractériser la diffusion d'humidité dans les composites = Characterising moisture diffusion in composites using embedded fiber Bragg gratings

National audienceCet article présente un essai de caractérisation des propriétés hydriques et hygromécaniques d'un composite carbone - époxy au moyen d'une technique novatrice de mesure. Celle-ci repose sur l'utilisation de fibres optiques à réseau de Bragg. Pour estimer la diffusion au sein du matériau composite, trois capteurs optiques sont enrobés d'un polymère très sensible à l'humidité avant d'être incorporés dans l'éprouvette. Ils sont placés à différentes distances du bord à partir duquel va pénétrer l'humidité. Trois autres capteurs optiques nus sont noyés dans le matériau dans des positions correspondantes aux trois premiers pour mesurer les déformations d'origine hydrique. Avant d'être plongée dans un récipient rempli d'eau déminéralisée, l'éprouvette est protégée sur deux faces pour ne permettre qu'une diffusion dans le sens des fibres de renfort. L'analyse présentée concerne les mesures obtenues sur une période d'immersion de 60 jours. Un accroissement du taux d'humidité a été détecté au bout des 12 premiers jours au niveau du capteur proche de l'interface. Cet accroissement dura jusqu'à ce qu'un seuil de saturation soit atteint. Les autres capteurs d'humidité n'ont pas révélé d'évolution significative. Quand aux déformations, il semble qu'elles évoluent de façon plus globale même si elles sont légèrement plus importantes à proximité de l'interface