Évaluation ultrasonore des propriétés d'une résine et détection de porosité à l'aide d'un transducteur multiéléments (application aux matéiraux composites en cours de fabrication)

LE HAVRE-BU Centrale (763512101) / SudocSudocFranceF

La compression des signaux, résultat d'une approche par objectif, dans un contexte de ressources limitées -Scilab, LAME, WAV, MP3

International audienceLes programmes mis en oeuvre ici visent à soulever certains détails des signaux que nous utilisons au quotidien. La qualité des signaux que nous recevons via nos terminaux résultent d'un choix a priori par des experts compétents en la matière, mais dont l'utilisation est trop souvent relayée à des utilisateurs pressés par la simplicité et l'efficacité. Que ces préoccupations soient légitimes n'empêche pas, qui plus est dans une formation universitaire de s'intéresser au codage de l'information et d'en analyser les mécanismes et les limites. Les sons ont cette qualité de faire appel à nos sens, et nos perceptions de soulever la question de la qualité d'un signal. Parmi les outils à disposition, les logiciels libres permettent de faire des choix de compression audio (https://lame.sourceforge.io/index.php), et de constituer des éléments de décision et d'analyse quantitative (https://www.scilab.org/). La question de la compression est très souvent relayée à l'arrière plan bien que centrale dans nos usages, d'où l'intérêt de sensibiliser et former les étudiants à ces questions auxquelles ils sont implicitement confrontés, que ce soit dans leur vie personnelle, leur vie d'étudiant et leur vie professionnelle. Les signaux en question sont compressés pour des raisons historiques de limites de mémoire et de débit. S'intéresser au format MP3 (https://en.wikipedia.org/wiki/MP3), c'est s'intéresser aussi à l'histoire logicielle, celle des formats de fichiers et des motivations de diffusion (https://museumofportablesound.com/mp325-timeline/). Bien que de nombreuses limites matérielles aient été dépassées, le compromis compression/qualité demeure une préoccupation majeure pour les hébergeurs et diffuseurs de contenus. Les vertus d'un codage et d'une compression optimale constituent donc un sujet majeur pour la formation au choix de compromis techniques, économiques, mais aussi éthique au sens de l'amélioration continue de l'utilisation des ressources à disposition

Non Destructive Testing of sandwich composites: adhesion defects evaluation; Experimental and Finite Element Method simulation comparison

International audienceControl and detection of defects like disbond and delamination in sandwich composite material is important today in aerospace industry. For experimental investigation, disbonding was introduced at different locations in sandwich composite by insertion of a Teflon film between honeycomb and the glue film, or by suppression of glue on small area (before curing process). The A0 Lamb mode was excited close to 100kHz frequency. The transmitted and reflected wave signals were detected by velocimetry laser after interacting with the structure, and the boundaries of the honeycomb. A Finite Element Method simulation is also computed to simulate behavior of the Lamb wave in case of disbond area. Good correlation between the experimental and FEM simulation results was observed. The results demonstrate the effectiveness of Lamb waves to detect delamination or disbonding in sandwich composite material

Ultrasound monitoring of bubble size and velocity in a fluid model using phased array transducer

International audienceExperimental studies on composite materials highlighted the existence of gas bubbles (voids) at different scales (micro and macro).These voids, resulting from the fabrication process, are sources of weakness for the end-user material. Therefore, several studies focus on the evaluation and the minimization of void rate. During injection of resin into the fibrous matrix, bubbles appear. Some are dispersed while others persist and diminish the overall quality of the finished product. This study consists in detecting bubbles during the resin transfer molding (RTM) process using an original method based on ultrasound. However, in practice we have to face with several problems due to the heterogeneity of the environment, such as the differentiation of a bubble from a strand or fiber. Due to the complexity of the problem, an experimental setup was built in order to detect bubbles using an ultrasonic phased array transducer in a flow of viscous fluid only, without the presence of fiber matrix. The study deals with the flow of a model fluid, which simulates the injected resin, with presence of air bubbles trapped in a channel production. Since the ultrasonic characteristics of the experimental setup are well known and characterized, the number, velocity and size of air bubbles could be evaluated

Propriétés élastiques effectives d'éprouvettes issues d'une impression 3D, dans un contexte d'optimisation des propriétés -FreeCAD, PrusaSlicer, Scilab

International audienceLes programmes mis en oeuvre ici visent à soulever la problématique de la résistance des matériaux de pièces issues de fabrication additive, plus précisément par fusion de filament en acide poly-lactique, communément dénommé PLA (polylactic acid). La fabrication additive ouvre de nouvelles perspectives pour la réalisation de pièces sur-mesure. Les propriétés élastiques effectives obtenues par la pièce in fine dépendent des multiples paramètres d'impression, et de la reproductibilité de l'impression 3D. Le choix du logiciel libre, dont celui de découpage en tranches (slicer), s'est porté sur Prusa Slicer (https://github.com/prusa3d/PrusaSlicer). L'étude présentée ici vise à concevoir et imprimer des éprouvettes normalisées en PLA, de les solliciter jusqu'à la rupture via des essais de traction, et enfin d'en évaluer les propriétés élastiques effectives via une analyse des données numériques (https://www.scilab.org/) issues des essais mécaniques réalisés. La question des conditions de fabrication est très souvent relayée à l'arrière plan bien que cruciale pour la tenue mécanique, d'où l'intérêt de sensibiliser et former les étudiants sur ce sujet, et d'en faire un lien entre l'environnement pédagogique et de recherche universitaire et celui plus informel et émancipateur des fablabs, propice au partage des connaissances et de l'expérience. Bien que des paramètres d'impression par défaut soient proposés (finition, température, vitesse, orientation, densité), le compromis qualité / matière / temps d'impression demeure une préoccupation première pour les usagers des pièces réalisées. Ces paramètres constituent donc un sujet majeur pour la formation au choix de compromis techniques, économiques, mais aussi éthique au sens de l'amélioration continue de l'utilisation des ressources à disposition

Étude expérimentale de la dispersion des paramètres ultrasonores dans un liquide viscoélastique: : Reproductibilité en incidence normale et sensibilité thermique

International audienceLa caractérisation expérimentale ultrasonore des propriétés viscoélastiques des matériaux fait apparaitre une dispersion relative importante. La reproductibilité de l'incidence normale et la sensibilité thermique des propriétés ont été identifiés comme des paramètres prépondérants. Leur impact est étudié dans la perspective d'une application sur un suivi de fabrication de plaques composites par le procédé RTM. Afin d'évaluer la sensibilité de la caractérisation à ces phénomènes perturbateurs, les paramètres ultrasonores que constituent l'atténuation et la vitesse de phase ont été mesurés à température ambiante pour deux références d'huiles silicones 47V50 et 47V350 (Rhodorsil®). Plusieurs méthodes et variantes de caractérisation ont été mises en œuvre : temps de vol, inter-corrélation et méthode spectrale. Ainsi, les paramètres ultrasonores sont présentés après avoir été corrigés en lien avec la sensibilité des mesures à la température ambiante. La dispersion en atténuation est modélisée par une loi puissance caractéristique de cette famille de fluides. La dispersion en vitesse est modélisée par deux modèles de dispersion, l'un quasi-local, l'autre causal temporel. L'incidence de la reproductibilité expérimentale sur la vitesse de phase et sur l’atténuation acoustique ont été évaluées sur une large bande de fréquences ultrasonores avec des transducteurs de différentes fréquences centrales. Ces mesures permettent d’identifier la dispersion des paramètres ultrasonores en fonction de la fréquence. Une première approche expérimentale et descriptive permet d'évaluer la reproductibilité de l'incidence normale entre le faisceau acoustique et le matériau viscoélastique. Ainsi, l'erreur relative de distance effective parcourue est de l'ordre de θ², θ étant l'écart angulaire à la normale. Une seconde approche expérimentale et phénoménologique permet d'évaluer l'effet d'une variation de température, typique d'une réaction de polymérisation. Ainsi, la sensibilité de la vitesse de phase d'une huile silicone 47V50 a été évaluée autour de 2 m.s^{−1}.°C^{−1}.

Ultrasound monitoring of the cure kinetics of an epoxy resin: Identification, frequency and temperature dependence

International audienceIn this paper the monitoring of ultrasonic parameters of a thermosetting resin during an isothermal curing process is described. The ultrasonic properties are studied within the context of the monitoring of composite plate production by resin transfer molding (RTM). These ultrasonic characteristics can be related directly to cure kinetic models. An ultrasonic method, based on the measurement of the elastic constant and associated mechanical loss has been developed to identify the variations of the phase transformation. To study the reaction kinetics, the time dependence of the elastic coefficient is modeled using a Weibull distribution. The approximate time derivative form of this Weibull model makes it possible to find the relationship between ultrasonic parameters and the chemical Kamal model. The ultrasonic monitoring of a cooling process was also performed to study the temperature sensitivity after curing. Thanks to experimental measurements of the ultrasonic velocity and attenuation, the power law coefficient variations and their temperature sensitivity can be examined. The resulting viscoelastic Cole-Cole parameters were estimated and a frequency-temperature (f, T) model was proposed

Thermal ageing evaluation of composite plates through electromechanical impedance

International audienceElectromechanical impedance monitoring is investigated to quantify changes in physical and mechanical properties during the ageing of composite plates. In this context, an experimental measurement protocol is proposed, on the basis of a broadband 1 MHz center frequency piezoelectric transducer. After a preliminary characterization of the parameters of the transducer itself, the acoustical impedance of the front medium is deduced. More particularly, the acoustical properties such as longitudinal wave velocity and attenuation are identified in the studied composite carbon/epoxy plates. From the electrical measurement results in the MHz frequency range, the acoustical impedance of the plate is plotted in the complex plane, showing characteristic signatures corresponding to the actually monitored composite plate. The ageing is quantified, showing the effectiveness of this non-destructive evaluation method. First, the acoustical parameters of a plate made of a carbon/epoxy composite are modeled in order to study their sensitivity. During the ageing, those acoustical properties are known to evolve significantly, i.e. a decrease of the wave velocity and an increase of the attenuation, which can both be related to the increase of the porosity level in the plate. Secondly, these acoustical properties are evaluated on a set of samples which were submitted to a range of ageing duration from 500 to 5000 h performed at a thermostated temperature of 180°C. The feasibility of the evaluation of the ageing is demonstrated, and the precision of this measurement is discussed both in terms of temperature dependency and reproducibility

Ultrasonic broadband characterization of a viscous liquid: Methods and perturbation factors

International audienc

Détermination de l'atténuation ultrasonore d'une huile silicone et estimation de la viscosité

National audienceDans le cadre d'une étude portant sur le suivi de polymérisation de matériau composite, une étude est réalisée sur des huiles de viscosité calibrée. La viscosité des fluides est liée aux phénomènes dissipatifs décrits en mécanique des fluides. Elle est mesurable notamment par une sollicitation périodique en cisaillement (fréquence de l'ordre du Hz). Ces phénomènes dissipatifs peuvent se mesurer au moyen d'ondes ultrasonores (fréquence de l'ordre du MHz). Pour cela, un dispositif expérimental approprié aux futures conditions de mesure est proposé. Le fluide étudié est placé entre 4 cm de verre et une plaque épaisse d'aluminium. L'épaisseur du fluide est de l'ordre de 6 mm. Les incertitudes liées aux conditions expérimentales sont quantifiées et leur incidence sur la précision de la mesure est discutée. Les résultats des deux mesures, mécanique et ultrasonore, sont confrontés et une corrélation est établie entre les résultats de trois huiles de viscosité calibrée. Ces données sont alors utilisées afin de déterminer la viscosité d'un fluide par la méthode ultrasonore