Evaluation of resin ultrasonic properties and detecting of porosity using a phased array transducer. Application of composite materials during fabrication
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
Résumé
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 simulations
Les 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.
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