Présentation_fr3 (1)

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Présentation_fr3 (1)

  1. 1. A novel SHM method for full-scale CFRP structures Enrique Guzman Soutenance publique de thèse Directeur de thèse: Prof. Thomas Gmür 1 Lausanne, 27 mars 2015
  2. 2. Introduction Motivation principale: Utilisation des plastiques renforcés en fibre de carbone (CFRP) dans l’industrie aéronautique en nette augmentation. 2 B787 Dreamliner (Source: The Boeing Company) (Source: FAA, NASA, Boeing) >50% A350XWB (Source: Airbus) Difficultés principales de mise en œuvre: • Vulnérabilité des CFRP à l’environnement. • Difficulté à établir des modèles de prédiction. Soutenance publique de thèse
  3. 3. Introduction Solution: Structural Health Monitoring (SHM)= Surveillance d’état des structures Répond à un besoin dans le génie civil et le génie aéronautique. Structures à échelle réelle où la surveillance est difficile voire impossible. Réseau de capteurs distribués pour extraction d’informations. Interprétation de données pour identification du vieillissement/endommagement. 3 Source: inscitechnologies.com Source: owi-lab.be Source: fujitsu.com Soutenance publique de thèse
  4. 4. 4  Extraction de caractéristiques: • Analyse modale: méthode dynamique. • Mesures en uniquement sortie. • Robuste contre le vieillissement. Solution SHM globale  Caractérisation du vieillissement: • T/RH/UV, conditions cycliques: basée sur les conditions dans l’aérospatial. • Modèle multifactoriel avec interactions pour la prédiction.  Réseau distribués de transducteurs: • Transducteurs intégrés: technologie PVDF. • Placement optimal. Soutenance publique de thèse
  5. 5. “Développer une méthode SHM nouvelle à être appliquée sur des structures composites à échelle nature, premièrement destinée à l’industrie aérospatiale, afin de surveiller en temps réel (ou presque en temps réel) l’état de la structure et détecter les dommages locaux, induits par le vieillissement, distribués sur l’extension, en utilisant un réseau de transducteurs et une technique d’extraction robuste, non- destructive, rapide et fiable”. Objectif principal 5 Soutenance publique de thèse Chercheurs en sciences des matériaux Ingénieurs en structures Techniciens d'entretien en aéronautique
  6. 6. Comment tester systématiquement le vieillissement du matériau?: Protocole de vieillissement Comment caractériser le vieillissement des matériaux?: Modèle multifactoriel de vieillissement Comment vieillissent les capteurs intégrés?: Intégration et survivabilité des capteurs PVDF. Quel design pour le réseau de capteurs PVDF?: Placement Optimal de Transducteurs Comment l’extraction est menée de manière robuste?: Analyse Modale Opérationnelle Comment toutes ces solutions travaillent ensemble?: Méthode SHM/Demonstrateur Questions soulevées 6 Soutenance publique de thèse
  7. 7. Vieillissement accéléré Contrôles systématiques des CFRP dans un environnement aéronautique. 7
  8. 8. 8 Les plastiques renforcés aux fibres de carbone (CFRP) sont massive utilisés dans l'aviation. Parmi d'autres solutions, se trouvent les fibres de verre ou kevlar. Propriétés nominales: Matériau: CFRP Soutenance publique de thèse Echantillons: Spécimens plats rectangulaires de fibres unidirectionnelles (UD). Matière: Fibre de carbone UD (Torayca T700S) pre-imprégnée de résine époxy thermodurcissable Predo FT109, produite par Suter-Kunststoffe© AG (Suisse). Cuisson: 85[°C]/10[h] + 90[°C]/4[h] -> T glass= 95 [°C] (99 % taux de cuisson). Les propriétés élastiques fibre/résine sont découplées.
  9. 9. Paramètres Décision Nombre de cycles 1000 cycles Matériau Fibre de carbone/Epoxy Période 1 h -> ~6 semaines 1.5h -> ~9 semaines Température Cyclique, entre 5°C et 135°C Humidité relative Cyclique , entre 0 % et 95%. Rayonnement Cyclique, rayonnement solaire simulé Méthode: Vieillissement accéléré 9 Sources bibliographiques: Articles scientifiques sur le vieillissement accéléré des matériaux composites, Articles comparant vieillissement naturel et accéléré des matériaux composites dans l'industrie aérospatiale, Articles sur les mécanismes de vieillissement des polymères, Standards ASTM pour essais sur les endommagements. D'après la littérature scientifique, la durée des cycles définit les taux de diffusion hygrothermique, qui est à la base des principaux mécanismes d'endommagement (délamination, oxydation, rupture des liaisons chimiques, défibrillation, etc) . Les périodes sont déterminés par des constantes de temps. Soutenance publique de thèse
  10. 10. 10 Chaleur, humidité et rayonnement sont «diffusés». La diffusion est modélisée par l’ «équation de chaleur»: Caractérisation de la diffusion Les stratifiés en composite peuvent très souvent être vus comme des «coques infinies». Solution approximative de l'équation: D : "diffusivité" ou coefficient de diffusion. t : coordonnée temporelle. x : coordonnée spatiale. M(t) : concentration d’eau en fonction du temps. Ms : concentration d’eau à la saturation. h : épaisseur de la coque. Soutenance publique de thèse Il est attendu que la solution soit de nature exponentielle négative. La diffusivité et la concentration de saturation sont des constantes qui dépendent essentiellement de la température.
  11. 11. 11 Résultats expérimentaux Observations: La nature exponentielle du modèle est validée expérimentalement. Le coefficient de diffusion et la masse de saturation dépendent de la température. Ce sont des constantes thermodynamiques. Essais isothermiques : Deux séries d'échantillons Aa et Bb. Des points sont représentés ci-contre. Ils correspondent à un vieillissement isothermique à 100 °C et 95% RH. Les points semblent suivre un patron exponentiel négatif. Le modèle est ajusté par régression non-linéaire. Soutenance publique de thèse
  12. 12. 12 Modèle de diffusion: dépendance de la température Modèle validé. Possibilité de prédire l’incrément de masse. Constantes Ms et D peuvent être estimés par une loi de type Arrhenius: Constantes de diffusion thermodynamiques: ED = 9.067 [kJ/mol] ES = 1.68 [kJ/mol] D0 = 6.091 [mm2/s] MS0 = 16.2 % Résultats: Modèle exponentiel ajusté. Soutenance publique de thèse
  13. 13. Le calcul d'une constante de temps permet d'estimer le taux de pénétration d'un agent (humidité ou température) pour une durée déterminée. Dans l'autre sens, elle donne une idée de période "suffisante" pour obtenir un vieillissement mesurable. Température: 20 minutes. Humidité relative: plusieurs semaines. 13 Vieillissement accéléré: durée des cycles τ = h2/(π2D) Définition d’une constante de temps: Soutenance publique de thèse D : "diffusivité" ou coefficient de diffusion. h : épaisseur de la plaque. Pour les chercheurs, il est utile de savoir quels sont les échelles de temps de la diffusion pour pouvoir designer des protocoles de vieillissement cycliques.
  14. 14. Modèle multi-factoriel Caractérisation du vieillissement pour comprendre les agents 14
  15. 15. 15 Approche: Design d'expériences Design factoriel Soutenance publique de thèse Le design d'expériences propose des méthodes de test systématique afin d'établir un modèle mathématique. Les différents facteurs (température, à deux valeurs humidité, rayons UV) sont associés a afin de déterminer l'étendue de leur influence sur la dégradation. Ceci est appelé un modèle factoriel plein.
  16. 16. 16 Analyse modale: Terme générique pour décrire des méthodes dynamiques qui utilisent des données temporelles pour extraire d'information: Fréquences propres et modes propres, qui sont appelés paramètres modaux. Conditions aux limites libre-libre. Méthode de surveillance Soutenance publique de thèse
  17. 17. 17 Méthode: algorithme d'identification => Algorithme d'identification numérique- expérimental: Fonction objectif: différence entre paramètres modaux mesurés et simulés. Le modèle numérique est ajusté pour minimiser l'écart. Objectif: Relier les paramètres modaux aux propriétés élastiques. Soutenance publique de thèse Relation analytique fondamentale: ( ) ( ) k E m    Les fréquences propres sont reliées aux propriétés intensives E et ρ.
  18. 18. 18 Les résultats sont exprimés comme les valeurs relatives par rapport à la valeur initiale des propriétés élastiques: Aperçu des résultats Une nette dégradation des propriétés liées à la matrice en résine peut être constatée. L'étendue de la dégradation change selon les séries d'échantillons D, EF1,EF2, G1, G2, H1, H2, et J. Soutenance publique de thèse μ = m/m0 ε1 = E1/E10 ε2 = E2/E20 γ12 = G12/G120 Liés à la résine. Absorption d'humidité. Lié aux fibres.
  19. 19. 19 Modèle proposé basé sur les séries de Prony: Modèle mathématique de vieillissement Prédominance de certains "agents de vieillissement": Les changements de masse sont clairement dominés par l'humidité relative (valeurs élevées pour a2, a12, a23 et a123). Les facteurs d'interaction a12, a23 et a123 sont non-négligeables; il y a un effet synergétique (l'un renforce les autres). Le module ε1 ne montre pas une dépendance significative des facteurs de vieillissement. ε2 et γ12 montrent des dépendances similaire, pour lesquels tous les agents de vieillissement (et plus important, leurs interactions) jouent une part importante dans la dégradation du matériau, en particulier les agents liés à l'absorption d'humidité a2, a12 et a123. Soutenance publique de thèse 1 : T 2 : RH 3 : UV
  20. 20. 20 Soutenance publique de thèse Modèle mathématique de vieillissement Résultats expérimentaux. Au sens statistique: ε1 ne semble pas suivre un modèle exponentiel. Au contraire, les données expérimentales pour ε2 , γ12 et μ s'adaptent bien au modèle exponentiel de Prony. Pourrait-on prédire ce comportement en vieillissement à partir de quelques données de départ? Notion de "diffusion équivalente" en conditions cycliques. Il y a une corrélation absorption équivalente d'humidité/dégradation de la rigidité.
  21. 21. 21 Méthode: Diffusion équivalente Prédire la diffusion d'humidité dans les échantillons. Diffusion isotherme: Ceci donne une série des points, pour lesquels une fonction exponentielle peut-être ajustée: Un coefficient de diffusion Deq peut être déduit d'une série de points, théoriques ou expérimentaux. où τ = h2/(π2D). Basé sur cette équation, il est possible de déduire une équation itérative de gain de masse après n cycles: Θ(x) = 1−e−1.311x0.75 ≈ 1−e−1.3181x Soutenance publique de thèse
  22. 22. 22 Diffusion équivalente: résultats Conclusion: La prédiction d'une diffusivité équivalente s'accorde bien avec les données expérimentales. L'absorption d'eau peut donc être bien estimée en se basant seulement sur des données théoriques comme les D, Ms isothermes, et l'épaisseur h. Comparaison entre diffusivités "équivalentes". Soutenance publique de thèse
  23. 23. 23 Corrélation humidité/rigidité Motivation: lien entre concentration d'eau et perte de rigidité, étant donné que les deux ont tendance à être régis par des lois exponentielles. Hypothèse 1: Il y a une relation linéaire entre concentration d'eau et perte de rigidité. Soutenance publique de thèse Hypothèse vérifiée Hypothèse moins bien vérifiée
  24. 24. 24 Hypothèse 2: Un modèle linéaire avec intéractions peut être utilisé pour modéliser A. ( ) 1 1 1 1.3181 10 i s s i b i i i M MM t t n y A A A                    Test ANOVA: Conclusions: Dans ce modèle, seulement les facteurs α0, α1, α2 et α12 sont significatifs statistiquement. Le modèle de prédiction est simplifié, et le processus de prédiction aussi. Soutenance publique de thèse Corrélation humidité/rigidité
  25. 25. 25 Conclusions Soutenance publique de thèse Des lois exponentielles s'ajustent bien aux données expérimentales. Théoriquement, ces lois de vieillissement s'expliquent par des phénomènes de diffusion "équivalente". Par exemple, basés sur la diffusion équivalente d'humidité, il est possible de prédire convenablement le vieillissement dû à l'effet combiné T/RH/UV. La méthode fournit les chercheurs avec une méthode pour établir et améliorer des modèles mathématiques de vieillissement. Les ingénieurs en structures composites peuvent estimer les durées de cycles de vie, constituer des bases de données matériaux et dimensionner les structures pour les rendre plus résistantes.
  26. 26. Réseau de capteurs: survivabilité de PVDF Fiabilité des transducteurs intégrés 26
  27. 27. 27 Accéléromètres PZT PVDF Grandeur mesurée Accélération Allongement Allongement Mobilité Mobile Fixé Fixé Coût Elevé Moyen ou bas Très bas Robustesse Basse Elevée Elevée Intégrabilité Non Oui Oui Rigidité - Fragile Flexible Invasivité Basse (masse ajoutée) Elevée (masse ajoutée+ incrément de rigidité) Très basse (masse ajoutée)Transducteur PVDF Principe physique Le polyfluorure de vinylidène (PVDF) est un polymère dont les propriétés piézo-électriques sont découvertes dans les années 1970. Les techniques de renforcement des propriétés piézos ont été améliorées avec les années. En patch, les films de PVDF peuvent être utilisés comme des jauges de contrainte, adaptées aux mesures dynamiques. Peuvent être utilisés de façon similaire aux patchs en PZT ou BaTiO3, et plus largement comme les accéléromètres de charge. Matériau: Technologie PVDF Soutenance publique de thèse
  28. 28. Protocole de vieillissement de PVDF Avantages: Réponse rapide, les rendant adaptés aux tests dynamiques. Bas coûts. Mécaniquement flexible. Inconvénients:  Vulnérable à l'environnement. 28 Test de survivabilité nécessaire avant intégration. Une expérience factorielle est menée pour tester la survivabilité des capteurs. Approche. Comparaison de: • Mesures faites par des capteurs PVDF vieillis. • Mesures faites par des capteurs de références, non vieillis. Soutenance publique de thèse
  29. 29. Technique d'intégration des patchs PVDF 29 Capteurs PVDF collés:  Patch intégrés en surface.  Intégration après cuisson. Capteurs PVDF :  Inclus entre deux couches de pr-impregnés.  Integration avant cuisson. Capteurs PVDF: DT1-028K, produits par Measurement Specialties. Soutenance publique de thèse
  30. 30. Survivabilité des PVDF: validation graphique 30 Comparaison des FRFs: • Accéléromètre (neutre). • Capteur PVDF (vieilli). Observation: Les capteurs PVDF fournissent des informations similaires en ce qui concerne les fréquences propres des structures. Comparaison des Fonction de Réponse en Fréquence (FRF) 300 cycles 600 cycles Comparaison entre paramètres élastiques identifiés : Observation: Très peu de différence entre les dégradations détectées par les accéléromètres et les capteurs PVDF. Soutenance publique de thèse Propriétés élastiques identifiées par la méthode numérique- expérimentale.
  31. 31. Survivabilité des PVDF: validation statistique 31 L'analyse des variances (ANOVA) sert en l'occurrence à vérifier si les différences sont dues à des erreurs de mesures aléatoires ou à des différences systématiques. p: Probabilité élevée que l'erreur soit due à des erreurs expérimentales aléatoires. 1-p: Probabilité qu'il y ait une différence systématique entre accéléromètres et capteurs PVDF. Conclusion sur la survie des patchs PVDF: Les capteurs PVDF sont capables de garder leurs propriétés piézoélectriques malgré le processus de vieillissement. Soutenance publique de thèse Utiliser des capteurs intégrés dans des zones de la structure où les capteurs PVDF vont subir des conditions de vieillissement naturel validées.
  32. 32. Placement optimal transducteurs Méthodes d’optimisation basées sur l’énergie: indépendance effective (EI) 32
  33. 33. 33 Code développé sur MATLAB pour trouver ces positions maximales. Le critère d'assurance modale (MAC) est utilisé pour quantifier la capacité de séparation des modes. Placement optimal des capteurs Pour une structure donnée, l'analyse modale permet d'identifier les paramètres modaux: fréquences propres, facteurs d'amortissement et modes propres. Pour identifier les fréquences naturelles ωn et les modes correspondants ϕn , les capteurs doivent être placés aux meilleurs endroits. Plusieurs méthodes sont proposées dans la littérature. La technique d'indépendance effective (EI) est utilisée pour trouver des positions optimales. Soutenance publique de thèse
  34. 34. Méthode: Indépendance Effective (EI) 34 La méthode sélectionne les endroits les plus "énergétiques". Le placement optimal est testé pour vérifier la bonne séparation spectrale des modes propres, en utilisant le critère MAC. Le but de cette opération est de pouvoir séparer des modes propres consécutifs dont les fréquences propres consécutives risquent de se superposer. Algorithme: Considérons le vecteur K : où Φ est la forme modale de la matrice qui contient les vecteurs propres colonne de chaque mode surveillé, et + dénote la matrice pseudo-inverse. Les composantes de K représentent l'"énergie" totale à chaque point. L'emplacement avec la moindre énergie est écarté, menant à la définition d'un nouveau vecteur d'énergie modale: Le processus est répété jusqu'à ce que le nombre désiré de capteurs trouvent des emplacement spécifiques. Soutenance publique de thèse
  35. 35. Approche: Comparer une optimisation "naïve" (dénotée S), où les emplacements "montrent" les déformations locales les plus fortes , et une optimisation EI (dénotée K) où les emplacements avec le plus d'énergie globale sont choisis. 35 Discrimination de modes consécutifs. K-optimisé (ε11, ε22)K-optimisé (ε22) Soutenance publique de thèse S-optimisé Confusion de modes consécutifs.
  36. 36. 36 Soutenance publique de thèse Seulement le troisième cas montre une séparation claire de modes consécutifs. En pratique, la configuration K-optimisée (ε11, ε22) montre des résultats satisfaisants. Malgré les performances théoriques médiocres prédites pour la méthode S-optimisée, les résultats expérimentaux montrent une capacité de discrimination modale acceptable. Optimiser l'utilisation des capteurs PVDF pour la mesure (et l'actuation!) pour rendre la méthode la moins invasive possible, tout en extrayant le plus d'information possible.
  37. 37. OMA avec transducteurs PVDF Robustesse de l'analyse modale opérationnelle pour la surveillance structurelle. 37
  38. 38. 38 Dans le cadre du développement d'un outil SHM, les solutions envisagées doivent satisfaire les conditions de non-destructivité, dynamisme et robustesse. OMA n'utilise que les mesure de sortie pour évaluer l'état de la structure. Analyse Modale Opérationnelle (OMA): Hypothèse fondamentale: toute l'information modale est contenue dans les signaux de réponse uniquement. Aucune information sur l'excitation est nécessaire = robustesse pour les applications in situ. Plus rapide que les méthodes classiques non-destructives de surveillance classiques (analyse modale expérimentale, imagerie par ultrason, etc.). OMA avec un réseau de transducteurs Approche: En utilisant des capteurs PVDF intégrés, développer une méthode de surveillance pour évaluer l'état d'une structure en composite. ? Soutenance publique de thèse
  39. 39. 39 Identification de fréquences propres sans connaissance du signal d'excitation x(t). Hypothèse sur x(t): bruit blanc. Conditions libre-libre. Densité spectrale de puissance (PSD): Observations: • La SVD montre une allure similaire aux FRF en ce qui concerne les fréquences propres et les facteurs d'amortissement. • La plupart de l'information modale est dans la première ligne de la matrice modale. En cas de mode multiple, les lignes suivantes contiennent le reste de l'information. Valeurs diagonales de S +(ωk) où Gxx(ωk) devient constant à cause de la nature de x(t). Décomposition en valeurs singulière (SVD): Gyy(ωk) = H∗(ωk) Gxx(ωk) H(ωk) Gyy(ωk) = U∗(ωk) S+(ωk) U(ωk) Décomposition en domaine fréquentiel (FDD) où S+ est la matrice de valeurs singulières, diagonale. U est orthogonale, et contient les vecteurs propres. Soutenance publique de thèse
  40. 40. Trois générations d'extraction modale: FDD/peak picking (PP): détermination des maxima locaux = fréquences propres. EFDD: détermination de l'amortissement par la largeur de pics et l'IFFT. FSDD: utilisation de l'approche polynomiale pour l'identification des tous les paramètres modaux. 40 Ge yy(ω) = u(ωm) Gyy(ω) u∗(ωm) ≈ R(2cm/(ω − λm))=2cmηm/(ηm 2+ (ω − ωm)2) Extraction modale à partir de FDD Comment faire pour déterminer la "largeur" des pics de résonance pour l'identification modale? Méthodes proposées: MAC: comparaison avec des modèles préexistants (paramètres modaux déterminés précédemment avec FE ou EMA). AutoMAC: approche statistique qui consiste à diviser le signal en sous-signaux, et à calculer les valeurs moyennes/déviations standard. Soutenance publique de thèse
  41. 41. 41 Procédé expérimental Objective: Comparer la méthode de référence (EMA) et OMA. Echantillons UD 300x100x4 [mm3]. Différentes configurations de transducteurs PVDF et combinaisons d'excitation/réponse pour l'acquisition des données: S-optimisée et K-optimisée. Les fréquences naturelles extraites par EMA et OMA sont comparées. Les 8 fréquences les plus basses sont prises en compte. Les spectres SVD pour la totalité des signaux sont représentés. Soutenance publique de thèse
  42. 42. Observations: • Un ventilateur fournit une excitation raisonnablement aléatoire, qui produit des résultats similaires à ceux d'une excitation contrôlée par haut-parleur. • Tandis qu'un ventilateur a plutôt tendance à favoriser l'excitation des basses fréquences, les transducteurs PVDF montrent des performances bien meilleures aux hautes fréquences. • Le premier spectre SVD contient la plupart de l'information modale. Le deuxième fournit de l'information complémentaire, surtout utile dans les zones à haute densité modale (pics multiples ou très proches). • L'algorithme d'extraction FSDD combiné au procédé AutoMAC permet une extraction acceptable même en absence de signaux très clairs, et sans aucune connaissance préalable sur le système. 42 Résultats: SVD et extraction modale Soutenance publique de thèse
  43. 43. 43 Résultats: validation statistique de OMA Pas de différence significative entre EMA et OMA. Cependant, des performances légèrement moins satisfaisantes ont été relevées avec un réseau S-optimisé. Conclusions: La méthode EI a été appliquée avec succès à des plaques rectangulaires. Les fréquences naturelles sont extraites de façon satisfaisante. Dans tous les cas, la méthode OMA est équivalente à l'EMA. Les démonstrateurs servent à valider ces résultats. Soutenance publique de thèse
  44. 44. 44 Applications Soutenance publique de thèse Les applications de la surveillance basée sur OMA montrent un potentiel d'utilisation pratique assez élevé par rapport à des technologies classiques de surveillance.er ces résultats. Rendre la surveillance des grandes structures aéronautiques plus rapide, fiable et robuste. Une excitation active de la structure n'est plus nécessaire. La méthode permet la conception de structures "intelligentes" capables de détecter des changements dans la rigidité et, par conséquent, le vieillissement et les endommagements.
  45. 45. Application de la méthode à un démonstrateur en forme d'aile Proposition d'une méthode d'essai et surveillance pour des structures en taille réelle. 45
  46. 46. 46 Dimensions • Longueur: 580 mm • Corde: 250 mm • Epaisseur: 3 mm Caractéristiques • Position des nervures: 3%, 75%, 97%. • Fibre de carbone UD, cured at 90[°C]. Design du démonstrateur Motivations: Unifier les outils développés précédemment tout au long du travail de thèse en un système global unique qui comprend la conception, la production, les essais et la surveillance d'une strcture en composite. Valider les principes physiques, en appliquant la méthode à une structure aéronautique en échelle de laboratoire. Aerodynamic profile wing panel NACA2412: Soutenance publique de thèse
  47. 47. 47 Réseau de 5 capteurs, K-optimisé (ε11) Pour M, un réseau d'actuateurs est aussi inclus.7 modes propres vibratoires Production des démonstrateur 3 démonstrateurs fabriqués: K, L et M, soumis à 3 protocoles de vieillissement différents. Procédé expérimental:  Validation du modèle d'absorption d'humidité.  Validation du modèle multifactoriel de vieillissement, en vérifiant sa capacité de prédiction.  Validation de OMA, en la comparant à l'EMA.  Vérification du réseau de transducteurs PVDF. Soutenance publique de thèse
  48. 48. 48 Analyse de sensivité où E est une propriété élastique du matériau composite.f1 f2 ... fn S E1 E2 ... Error propagation: La sensitivité est définie comme un rapport entre la variation d'une propriété élastique et le changement conséquent dans la fréquence propre mesurée. Pour les démonstrateurs, il y a 4 propriétés élastiques qui sont influentes: E1, E3, G12, G13. G12 affecte seulement le premier mode. Seuls E1, E3 et G13 sont pris en compte. E1 est dominé par les fibres de carbone, tandis que E3 et G13 sont dominés par la matrice polymère. Objectif: sélectionner les propriétés élastiques sensitives pouvant être identifiées par les fréquences propres. Caractérisation du matériau: Soutenance publique de thèse
  49. 49. Observations: Le modèle d'absorption d'humidité est raisonnablement précis. Les barres d'erreur représentent essentiellement l'incertitude liée à la résolution de la balance. Pour la plupart des points, la prédiction est dans la zone d'incertitude. Dans le cas des protocoles à basse humidité (K), l'absorption est faible mais mesurable. 49 Résultats: absorption d'humidité Test: Comparaison graphique des valeurs expérimentales et représentation des courbes d'absorption prédites. Soutenance publique de thèse
  50. 50. 50 Results: Ageing prediction Observations: On peut constater que le modèle de vieillissement est relativement précis. Dans ce cas là, les barres d'erreur représentent la déviation standard des mesures. A nouveau, la plupart des points tombent dans les zones d'incertitude. Les zones d'incertitude sont petites en comparaison de l'étendue du vieillissement. Test: Comparaison des valeurs moyennes/déviations standard entre valeurs expérimentales et prédites de la dégradation de ε3 and γ13. Soutenance publique de thèse
  51. 51. Observations: • Il n'y a pas de différence significatives entre EMA et OMA. Statistical test: • Le test t-Student comparant la différence entre EMA et OMA montre dans la plupart des cas, qu'il n'y a pas de difference statistique significatve entre EMA et OMA. 51 Results: EMA vs OMA Test: Comparaison des vleurs moyennes entre valeurs expérimentales obtenues par la méthode classique EMA et la méthode proposée OMA, faite avec des transducteurs PVDF intégrés. Soutenance publique de thèse
  52. 52. Observations: • Les fréquences propres sont identifiées de façon satisfaisantes dans tous les cas. • Les basses fréquences sont mieux excitées par le ventilateur; les hautes fréquences par les transducteurs PVDF. • Une combinaison des deux montre des courbes SVD de meilleure qualité. 52 Actuation/surveillance avec PVDF Test: comparaison des performances entre transducteurs PVDF, excitation naturelle (ventilateur) et excitation combinée ventilateur/PVDF , en tant qu'actuateurs. Les fréquences propres extraite par EMA sont la référence. Soutenance publique de thèse
  53. 53. Observations: • Les fréquences propres sont identifiées de façon satisfaisantes dans tous les cas. • Les basses fréquences sont mieux excitées par le ventilateur; les hautes fréquences par les transducteurs PVDF. • Une combinaison des deux montre des courbes SVD de meilleure qualité. 53 Actuation/surveillance avec PVDF Test: comparison des performances entre transducteurs PVDF, excitation naturelle (ventilateur) et excitation combinée ventilateur/PVDF , en tant qu'actuateurs. Les fréquences propres extraite par EMA sont la référence. Soutenance publique de thèse
  54. 54. Conclusions finales Résumé des buts achevés 54
  55. 55. 55 Points de vue Soutenance publique de thèse Du point de vue pratique, les bénéfices économiques sont évidents du moment où des capteurs bon marchés sont intégrés et aucune source d'excitation contrôlée n'est nécessaire. Les techniciens d'entretien aéronautique voient leurs tâches simplifiées. La méthode ouvre la voie vers l'utilisation d'un réseau de capteurs intégrés très bon marché. Des matériaux intelligents peuvent être conçus, afin de pouvoir "sentir" l'état de vieillissement structurel et éventuellement l'endommagement. Du point de vue scientifique, cette nouvelle méthode de surveillance permettrait de valider la résistance des matériaux composites soumis à différents protocoles de vieillissement, qu'ils soient simulés ou réels.
  56. 56. Conclusions Les points suivants ont été validés par le démonstrateur: Caractérisation du vieillissement: le modèle multifactoriel de vieillissement a été validé, ainsi que la méthode pour l'estimer. Survivabilité du PVDF: les capteurs PVDF ont démontrés qu'ils peuvent survivre à certaines conditions de vieillissement. Le placement optimal des transducteurs adaptés aux jauges de déformation: il a été implémenté et a montré ses qualités en ce qui concerne l'extraction de l'information modale de la structure. Analyse modale opérationnelle avec transducteurs PVDF: l'application de l'approche "uniquement sortie" a été démontrée avec succès. De plus, les transducteurs PVDF ont montré des performances encourageantes en tant qu'actuateurs, seuls ou couplés à l'excitation naturelle. Globalement, la méthode a été implémentée avec succès, a échelle laboratoire. 56 Réseau de capteurs intégrés Protocoles de vieillissent accéléré Analyse modale opérationnelle Survivabilité du PVDF Modèle de vieillissement multifactoriel Placement optimal des capteurs Méthode SHM Soutenance publique de thèse

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