Détection de bulles en mouvement dans une préforme fibreuse par méthode ultrasonore

La détection de bulles lors de l'élaboration de matériaux composites de type Resin Transfer Molding (RTM) répond à une problématique actuelle. Nous proposons une méthode pour observer les tailles et vitesses de bulles d'air moyennant un transducteur multi-éléments. La méthode est testée dans un flux d'huile silicone seule et ensuite dans un échantillon de préforme fibreuse plongé dans l'écoulement visqueux. Au moyen de ces mesures, l'évolution des bulles est reliée aux processus qui les génèrent afin d'envisager des améliorations à la technique de mise en forme

Évaluation ultrasonore des propriétés d'une résine et détection de porosité à l'aide d'un transducteur multiéléments. Application aux matériaux composites en cours de fabrication

The experimental studies conducted in the LOMC on the manufacturing of composite materials by use of the RTM (Resin Transfer Molding) process, show the appearance of bubbles at different scales, during the diffusion of the resin into the fiber network. They move during the process, a few are absorbed; others persist and alter the overall quality of the finished product. The subject of this thesis is to study the appearance of bubbles along fibers enclosed in a production channel. The liquid front is followed as it moves by ultrasound techniques. The appearance and the evolution of the bubbles are related, through these measures, to the processes that generate them in order to try and find improvements to the fabrication techniques. The bubbles are detected by signals processing and their evolution is followed in the flow path of the resin. Three main parts are discussed in this thesis: in the first part the behavior of ultrasonic waves interacting with the resin during polymerization is studied. The conditions for bubbles detection within the resin, by use of a phased array transducer, are discussed in the second part. The last part presents the monitoring of the evolution of the bubbles in the composite material during the manufacturing process was also performed. The aim is to quantify the concentration of bubbles relative to the rate amount of fiber and resin. In perspective, imaging techniques using the Doppler effect or nonlinear ultrasonic properties could be considered. The development of control techniques of NDT (Nondestructive Evaluation) during the production of composite materials is to should lead to a better understanding of the phenomena and to complete the feeding of the databases used in numerical simulationsLes études expérimentales menées au LOMC sur le procédé de fabrication des matériaux composites RTM (Resin Transfer Moulding), montrent l'apparition de bulles, à différentes échelles, au cours de la diffusion de la résine dans le réseau fibreux. Elles se déplacent pendant le processus, certaines se résorbent, d'autres persistent et diminuent ainsi la qualité globale du produit fini. Le sujet de cette thèse consiste à étudier l'apparition des bulles le long de fibres enfermées dans un canal de production. L'utilisation de mesures ultrasonores permet de suivre le front de liquide lors de son déplacement. Au moyen de ces mesures, l'apparition et l'évolution des bulles sont reliées aux processus qui les génèrent pour tenter de trouver des améliorations à la technique de mise en forme. Par traitement des signaux, des bulles sont détectées et leur évolution est suivie sur le trajet d'écoulement de la résine. Trois parties principales sont abordées au cours de cette thèse. Dans la première partie le comportement des ondes ultrasonores interagissant avec la résine en cours de polymérisation a été étudié. La deuxième partie consiste à étudier les conditions de détections de bulles en utilisant un transducteur multiéléments au sein de la résine. Dans la dernière partie, le suivi d'évolution des bulles dans le matériau composite en cours de fabrication a également été réalisé. Le but est de quantifier les concentrations de bulles relativement au taux de fibres et de résine. En perspective, des techniques d'imagerie ultrasonore utilisant l'effet Doppler ou encore des propriétés de l'acoustique non linéaire pourraient être envisagées. Le développement des techniques de contrôles d'END (Evaluation Non Destructive) lors de la réalisation de matériaux composites vise à permettre une meilleure compréhension des phénomènes et à compléter les bases de données utilisées lors des simulations numériques

Évaluation ultrasonore des propriétés d'une résine et détection de porosité à l'aide d'un transducteur multiéléments. Application aux matériaux composites en cours de fabrication

The experimental studies conducted in the LOMC on the manufacturing of composite materials by use of the RTM (Resin Transfer Molding) process, show the appearance of bubbles at different scales, during the diffusion of the resin into the fiber network. They move during the process, a few are absorbed; others persist and alter the overall quality of the finished product. The subject of this thesis is to study the appearance of bubbles along fibers enclosed in a production channel. The liquid front is followed as it moves by ultrasound techniques. The appearance and the evolution of the bubbles are related, through these measures, to the processes that generate them in order to try and find improvements to the fabrication techniques. The bubbles are detected by signals processing and their evolution is followed in the flow path of the resin. Three main parts are discussed in this thesis: in the first part the behavior of ultrasonic waves interacting with the resin during polymerization is studied. The conditions for bubbles detection within the resin, by use of a phased array transducer, are discussed in the second part. The last part presents the monitoring of the evolution of the bubbles in the composite material during the manufacturing process was also performed. The aim is to quantify the concentration of bubbles relative to the rate amount of fiber and resin. In perspective, imaging techniques using the Doppler effect or nonlinear ultrasonic properties could be considered. The development of control techniques of NDT (Nondestructive Evaluation) during the production of composite materials is to should lead to a better understanding of the phenomena and to complete the feeding of the databases used in numerical simulationsLes études expérimentales menées au LOMC sur le procédé de fabrication des matériaux composites RTM (Resin Transfer Moulding), montrent l'apparition de bulles, à différentes échelles, au cours de la diffusion de la résine dans le réseau fibreux. Elles se déplacent pendant le processus, certaines se résorbent, d'autres persistent et diminuent ainsi la qualité globale du produit fini. Le sujet de cette thèse consiste à étudier l'apparition des bulles le long de fibres enfermées dans un canal de production. L'utilisation de mesures ultrasonores permet de suivre le front de liquide lors de son déplacement. Au moyen de ces mesures, l'apparition et l'évolution des bulles sont reliées aux processus qui les génèrent pour tenter de trouver des améliorations à la technique de mise en forme. Par traitement des signaux, des bulles sont détectées et leur évolution est suivie sur le trajet d'écoulement de la résine. Trois parties principales sont abordées au cours de cette thèse. Dans la première partie le comportement des ondes ultrasonores interagissant avec la résine en cours de polymérisation a été étudié. La deuxième partie consiste à étudier les conditions de détections de bulles en utilisant un transducteur multiéléments au sein de la résine. Dans la dernière partie, le suivi d'évolution des bulles dans le matériau composite en cours de fabrication a également été réalisé. Le but est de quantifier les concentrations de bulles relativement au taux de fibres et de résine. En perspective, des techniques d'imagerie ultrasonore utilisant l'effet Doppler ou encore des propriétés de l'acoustique non linéaire pourraient être envisagées. Le développement des techniques de contrôles d'END (Evaluation Non Destructive) lors de la réalisation de matériaux composites vise à permettre une meilleure compréhension des phénomènes et à compléter les bases de données utilisées lors des simulations numériques

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

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

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

Monitoring of an ascending air bubble in a viscous fluid/fiber matrix medium using a phased array transducer

International audienceDetecting porosities of different scales, both micro and macro, is a current problem in the development of composite materials. This is especially true for composite materials manufactured using Resin Transfer Molding (RTM). When injecting resin in the fibrous preform porosities appear, originating essentially because of air trapped in the fiber matrix. Consequently, the interaction between air bubbles and fibers has been the subject of several numerical investigations. In this study, we propose an original experimental method to monitor the interaction of air bubbles with a fibrous matrix. A 10 MHz center frequency ultrasonic phased array transducer is used to monitor air bubbles in the millimeter range. The ultrasonic imaging method is first tested only with bubbles ascending in a channel containing silicone oil. Then it is tested again in a sample of fiber matrix immersed in the same channel. The results prove the effectiveness of the measurement process. These results then can be used to find a correlation between the appearance of porosities and the processes that generate them in order to consider how to improve RTM. They can also be used to understand the interaction phenomena between bubbles and folds in order to improve RTM process

Ultrasonic characterization of a fluid layer using a broadband transducer

International audienc

Détection de bulles dans les matériaux composites fibreux en cours de fabrication

International audienceLa fabrication de matériaux composites à partir d'une matrice fibreuse permet d'obtenir d'excellentes propriétés mécaniques. Néanmoins, les procédés de fabrication associés posent le problème de la minimisation des défauts liés à des bulles gazeuses restées piégées au cours de l'imprégnation. En effet, l'écoulement de la résine le long des fibres, même sous pression, peut donner lieu à des porosités résiduelles qui peuvent être sources de défauts sur le produit fini. Plus particulièrement, la détection de bulles est mise en oeuvre en vue de l'élaboration de matériaux composites par un procédé de type Resin Transfer Molding (RTM). Pour cela, nous proposons une méthode de détection ultrasonore, au moyen d'un transducteur multi-élément