Detection and evaluation of barely visible impact damage in woven glass fabric reinforced polyamide 6.6/6 composite using ultrasonic imaging, X-ray tomography and optical profilometry

The present experimental work investigates the response of woven glass fabric reinforced polyamide 6.6/6 subjected to drop weight impact loading. The main objective is the development and the introduction of a new experimental procedure/approach, based on different complementary detection techniques, that aims at investigating the damage induced by impact loading in thermoplastic woven fabric composites. The developed approach is intended to be generalized to other types of composite materials. The main idea is to assess all the experimental results obtained through the developed procedure with a direct investigation method. The latter consists in the Permanent Indentation (PI) measurement providing an indicator of the damage criticality in the composite sample. To this end, several non-destructive testing methods are carried-out and their experimental findings are analyzed and cross-linked. The identification of the different damage mechanisms, caused by the drop weight impact, is performed using X-Ray micro-computed tomography (mCT). C-scan ultrasonic investigation is conducted according to two types: transmission and reflection for the detection of the impact damage and the identification of the induced degradation area. B-scan imaging are then obtained through specific post-processing of the impacted surface to extract the permanent indentation (PI). The latter is validated through surface flatness measurement using the highly resolved 3D optical profilometry. The correlation between the X-Ray tomography results and the permanent indentation measurement is then established. It correlates the PI level with the damage mechanisms of a barely visible impact damage (BVID) in woven glass reinforced polyamide 6.6/6 composite.The author(s) disclosed receipt of the following financial support for the research, authorship, and/or publication of this article: The present work is co-funded by Groupe PSA and ANRT. It is made in the framework of the OpenLab Materials and Processes involving Groupe PSA, Arts et Metiers (ENSAM) and Georgia Tech Lorraine

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

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

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

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.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

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

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.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

Ultrasonic and X-Ray tomography inspection of a woven glass reinforced composite damaged by fatigue loading

International audienceAn investigation of a polyamide 6.6/6 composite reinforced with woven glass fibers is described with a focus on its response to fatigue solicitations. The main purpose is to elaborate a quantitative and a qualitative study of the induced damage as well as its detectability. To do so, several nondestructive testing methods were used. The different damage mechanisms, relative to fatigue loading, were identified using X-Ray tomography as a reference for the ultrasonic investigations. As a result, each damage mechanism is visualized and a measure of the induced void is established for comparison. An ultrasonic investigation based on C-scans and guided waves is performed under different signal analysis approaches in an attempt to extract as much information as possible. The discoveries and experiences are important in the framework of a collaboration with the automotive industry en for biomechanical applications

Terahertz pulsed imaging of low velocity impact damage in woven fiber composite laminates

Recently, terahertz pulse imaging has been used extensively to characterize internal defects in various electrically insulating materials. In this work, terahertz pulse imaging is used to identify the damage induced by low-velocity impact on woven glass-fiber reinforced polyamide laminates. Several impact energies are considered to study the damage initiation and propagation. The permanent indentation, known to be a relevant damage indicator, is extracted from the terahertz results and validated through comparison with profilometry. Further, the criticality of the damage, in terms of the number of composite plies in which the cracks propagate, can be clearly determined from terahertz imaging. These observations are validated through X-ray tomographic observations and analysis. Finally, a strong connection is established between the evolution of the permanent indentation and the appearance, and criticality, of the low-velocity impactinduced damage. These observations suggest that terahertz imaging is a reliable technique for the nondestructive assessment of impact damage in glass fiber composites

Post-impact damage characterization of woven glass reinforced polyamide 6.6/6 composites: permanent indentation measurements and X-Ray tomography

Dans cette étude, des essais d’impacts à faible vitesse ont été réalisés sur un polyamide 6.6/6 renforcé de fibres de verre tissées.L’objectif principal est d’étudier qualitativement et quantitativement l’endommagement induit ainsi que sa détectabilité au moyen de différentes méthodologies expérimentales.Pour ce faire, plusieurs méthodes de contrôle non destructif (CND) ont été employées. L’identification des différents mécanismes d’endommagements a été effectuée par micro-tomographie à rayons X (μCT). Des mesures ultrasonores par imagerie C-scans en transmission et en réflexion ont été utilisés pour localiser la zone endommagée ainsi que pour extraire les informations relatives à l’indentation permanente observée sur la face impactée. Ces informations ont ensuite été vérifiées par une mesure de la planéité à l’aide de la profilometrie optique3D. Une corrélation entre les résultats obtenus par micro-tomographie à rayons X et la taille de l’indentation permanente a été réalisée.The present experimental works study the response of a polyamide 6.6/ 6 reinforced with woven glass fibers to drop weight solicitations. Several tests were carried out under numerous impact energies. A quantitative along with a qualitative study of the induced damage are the main objectives of this study. Differentnon-destructive evaluation (NDE) methods were utilized for this purpose. The damage mechanisms were each identified using X-Ray micro-computed tomography (μCT). The impacted area was first localized using C-scan imaging, and then the depth and diameter of permanent indentation left on the impactedsurface were extracted from the ultrasonic map. These measures were later validated using 3D optical profilometry. Afterwards, a link between the X-Ray tomography results and the PI measurements was established

Caractérisation de l'endommagement post-impact dans un composite PA6.6/6-Sergé2.2 : indentation permanente et micro-tomographie X

International audienceThe present experimental works study the response of a polyamide 6.6/ 6 reinforced with woven glass fibers to drop weight solicitations. Several tests were carried out under numerous impact energies. A quantitative along with a qualitative study of the induced damage are the main objectives of this study. Differentnon-destructive evaluation (NDE) methods were utilized for this purpose. The damage mechanisms were each identified using X-Ray micro-computed tomography (μCT). The impacted area was first localized using C-scan imaging, and then the depth and diameter of permanent indentation left on the impactedsurface were extracted from the ultrasonic map. These measures were later validated using 3D optical profilometry. Afterwards, a link between the X-Ray tomography results and the PI measurements was established.Dans cette étude, des essais d’impacts à faible vitesse ont été réalisés sur un polyamide 6.6/6 renforcé de fibres de verre tissées.L’objectif principal est d’étudier qualitativement et quantitativement l’endommagement induit ainsi que sa détectabilité au moyen de différentes méthodologies expérimentales.Pour ce faire, plusieurs méthodes de contrôle non destructif (CND) ont été employées. L’identification des différents mécanismes d’endommagements a été effectuée par micro-tomographie à rayons X (μCT). Des mesures ultrasonores par imagerie C-scans en transmission et en réflexion ont été utilisés pour localiser la zone endommagée ainsi que pour extraire les informations relatives à l’indentation permanente observée sur la face impactée. Ces informations ont ensuite été vérifiées par une mesure de la planéité à l’aide de la profilometrie optique3D. Une corrélation entre les résultats obtenus par micro-tomographie à rayons X et la taille de l’indentation permanente a été réalisée