Présentation_fr3 (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

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.

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

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.

“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
Chercheurs en
sciences des
matériaux
Ingénieurs en
structures
Techniciens
d'entretien en
aéronautique

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

Vieillissement accéléré
Contrôles systématiques des CFRP dans un environnement aéronautique.
7

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
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.

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.

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.
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
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.

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.

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:
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.

Modèle multi-factoriel
Caractérisation du vieillissement pour comprendre les agents
14

15
Approche: Design d'expériences
Design factoriel
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
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

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.
Relation analytique fondamentale:
( )
( )
k E
m



Les fréquences propres sont reliées aux
propriétés intensives E et ρ.

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.
μ = m/m0
ε1 = E1/E10
ε2 = E2/E20
γ12 =
G12/G120
Liés à la résine.
Absorption
d'humidité.
Lié aux fibres.

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.
1 : T
2 : RH
3 : UV

20
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
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

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".

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.
Hypothèse
vérifiée
Hypothèse
moins bien
vérifiée

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.
Corrélation humidité/rigidité

25
Conclusions
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.

Réseau de capteurs:
survivabilité de PVDF
Fiabilité des transducteurs intégrés
26

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

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.

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.

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.
Propriétés élastiques identifiées
par la méthode numérique-
expérimentale.

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.
Utiliser des capteurs intégrés dans des zones de la structure où les
capteurs PVDF vont subir des conditions de vieillissement naturel
validées.

Placement optimal transducteurs
Méthodes d’optimisation basées sur l’énergie: indépendance effective (EI)
32

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.

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.

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)
S-optimisé
Confusion de
modes consécutifs.

36
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.

OMA avec transducteurs PVDF
Robustesse de l'analyse modale opérationnelle pour la surveillance structurelle.
37

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.
?

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.

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.

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.

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

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.

44
Applications
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.

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
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:

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.

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:

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.

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.

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.

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.

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.

Conclusions finales
Résumé des buts achevés
54

55
Points de vue
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.

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

Présentation_fr3 (1)

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Similaire à Présentation_fr3 (1)

Similaire à Présentation_fr3 (1) (20)

Présentation_fr3 (1)