Mesure et prévision de l'évolution des endommagements dans les composites stratifiés

JURY : D. BAPTISTE, Professeur des Universités ENSAM Paris, Rapporteur D. BALAGEAS, Directeur de Recherche ONERA, Rapporteur O. ALLIX, Professeur des Universités LMT Cachan, Président du jury F.-K. CHANG, Professeur Stanford University, USA, Examinateur Y. JAYET, Professeur des Universités INSA Lyon, Examinateur C. HOCHARD, Maître de conférence LMA Marseille, Directeur de thèse F. BALAYN, Ingénieur Recherche Eurocopter, Invité P. HERZOG, Chargé de Recherche CNRS LMA Marseille, InvitéFor a few years, a lot of studies deal with the «Structure Health Monitoring». Most of these studies relate to the measurement of damages. If these measurements make it possible to determine the structure state, they don’t make it possible to know if the damage is acceptable or if a repair is needed. Thus, we have to predict damage evolution to carry out an effective monitoring system. On the other hand, modelling alone is not sufficient too. Indeed, in the case of classical use loadings, static and fatigue, uncertainties on boundary conditions and model imperfections are not negligible. We have to readjust the models with periodical measurements. In this work, we propose to realise a complete monitoring system for the laminates made of woven plies. This system gathers the measurement of diffuse damage (micro-decoherences between fibres and matrix) and the prediction of its evolution. We proposed to detect the delaminated zones and the laminate fractures too. The impedance measurement of a piezoelectric transducer is used to characterise a delamination. To do that a electromechanical model based on laminate theory is developed for delaminated beam structures. We validate this model with experimental results, then we use it to characterise a delamination by solving an inverse problem. The impedance technique is used to determine a level of diffuse damage too. More precisely, we study the influence of this kind of damage on resonance frequencies and damping. An ultrasonic method based on the Lamb’s waves propagation is used to detect macro damages (laminate fractures and delaminations). A confrontation between finite elements simulations and experimental results allows us to understand phenomena relative to the interaction between waves and damage.Depuis quelques années, de nombreuses études portent sur la «Surveillance de Santé des Structures». La plupart de ces études concernent la mesure des endommagements. Si ces mesures permettent de connaître l'état de la structure, elles ne permettent pas de savoir si les endommagements mesurés sont acceptables ou s'ils nécessitent une intervention. Il est donc nécessaire de pouvoir prédire l'évolution des endommagements pour réaliser un véritable système de surveillance. D'autre part, la modélisation seule n'est également pas suffisante. En effet, dans le cas des chargements de service, statique ou de fatigue, les incertitudes sur les conditions aux limites et les imperfections du modèle ne sont pas négligeables. Il est donc nécessaire de recaler les modèles par des mesures. Dans le cadre de ce travail, nous proposons de réaliser un système de surveillance complet pour les stratifiés constitués de plis tissés associant la mesure de l'endommagement diffus (micro-décohésions entre fibres et matrice) et la prévision de son évolution. Nous proposons également de détecter les zones délaminées et les fissures complètes de stratifié. La mesure de l'impédance d'un transducteur piézoélectrique est utilisée pour caractériser un délaminage. Pour cela un modèle électromécanique, basé sur la théorie des stratifiés, est développé pour des structures poutres présentant un délaminage. Ce modèle est validé par des résultats expérimentaux et il est ensuite utilisé pour caractériser le délaminage par calcul inverse. La mesure d'impédance est également utilisée pour déterminer un niveau d'endommagement diffus. En particulier, l'influence de ce type d'endommagement sur les fréquences de résonance et l'amortissement est étudiée. Une méthode ultrasonore basée sur la propagation d'ondes de Lamb est employée pour détecter les macro-endommagements (fissure complète de stratifié et délaminage). Une confrontation entre des simulations éléments finis et des résultats expérimentaux nous ont permis de mieux comprendre les phénomènes d'interaction entre les ondes et le défaut