Search

The present study is focused on the experimental study of a polyamide 66/6 based composite reinforced by a 2/2 twill weave glass fabric. The aim is to propose Non Destructive Evaluation (NDE) methods based on ultrasound that can efficiently distinguish different damage state. In order to do so, an investigation of the damage mechanisms induced by different type of mechanical solicitations. Tension along and off the axis of the fibers was considered as well as the case of drop weight impact. Those solicitations were shown to induce different damage mechanisms. The latter were characterized by means of Scanning Electronic Microscopy (SEM) and X-Ray tomography mostly. The decreasing of the elastic modulus and the void volume fraction evolution were shown to be more significant for the samples loaded in tension off-axis. During the drop weight impact tests, the energies were considered in order to remain close to the Barely Visible Impact Damage (BVID) regime in order to experience the capability of the ultrasound based NDE methods. Two NDE methods investigated during this study deserve to be highlighted. Firstly, the stiffness tensor was estimated by means of phase velocities measurements in different propagation direction. Damage indicators based on results from this method were proposed. They were found to give results similar with the one from the evaluation of damage discussed earlier on. Secondly, a study of the damage detection using guided waves was performed. No mode conversion effect was observed from this investigation. Consequently, the signal energy was proposed as damage indicator and was found to be suitable to detect damage induced by tension but not by impact. The measure of time shift allowed obtaining a localization and evaluation of the damage induced by impact., Ces travaux de thèse portent sur l'étude expérimentale approfondie d'un composite à base polyamide 66/6 renforcé par des fibres de verres tissés suivant un motif sergé 2/2. L’objectif est de proposer des solutions de Contrôle Non Destructif (CND) basées sur les ultrasons afin de détecter différents niveaux d’endommagement induis. Pour cela, une étude approfondis des mécanismes d’endommagement apparaissant lors de sollicitations en traction suivant l’axe des fibres et hors axes est réalisé. Le cas d’impact induis par poids tombant est également étudiés. En effet, ces différents cas de sollicitions entraînent l’apparition de différent mécanismes d’endommagement. Ces derniers, ainsi que leur ordre d’apparition, sont caractérisés par Microscopie Electronique à Balayage (MEB) et tomographie à rayons X principalement. L’évaluation de la réduction du module élastique pré et post chargement ainsi que la fraction volumique de vide montrent une évolution de l’endommagement plus importante lors de chargement en traction hors axes des fibres que lors de chargement suivant l’axe. Lors des essais d’impact par poids tombant différents niveaux d’énergie sont considérés en restant proche du domaine des BVID en vue d’éprouver la sensibilité des méthodes de CND. Deux méthodes de CND par ultrasons étudiées durant ce projet peuvent être mises en avant. Premièrement, par mesure de la vitesse de propagation des ondes dans plusieurs directions du composites, le tenseur de rigidité est estimé dans tous ces cas de sollicitation mécanique pour différents niveaux d’endommagement. Des indicateurs d’endommagement basés sur ces mesures montrent une évolution de l’état d’endommagement similaire à celle discutée précédemment. Deuxièmement, une étude de la détection de l’endommagement par ondes guidées est menée. Aucun changement des modes transmit n’est visible lors de l’augmentation de l’état d’endommagement. L’évolution de l’énergie du signal transmis est alors proposée et validée comme indicateur d’endommagement efficace pour des chargements en traction mais pas pour l’impact. La mesure du décalage temporel à en revanche permis une localisation et une quantification de l’endommagement induit par impact.

This work aims to build up a compact easily-implemented terahertz wave-guided reflectometry (TGR) system by taking advantage of the terahertz transceiver and waveguides for diverse applications. Compared to conventional systems using a quasi-optical method, the new concept has a much simpler configuration and allows for remote probing applications.After reviews on the development of terahertz technology, an optical-pumped double-PCA transceiver and two frequency-modulated continuous-wave (FMCW) radar transceivers together with hollow-core thin-wall waveguides are selected to implement the first TGR system in pulse mode and in FMCW mode. Both experiments and 3D full-wave simulation are exploited to investigate the propagation behaviors of waves inside the system and to evaluate the system performance. The created TGR systems are demonstrated for imaging and sensing purposes. Thanks to the guiding capacity of the waveguide, these setups show potential in some difficult measurement conditions, such as in a narrow semi-enclosed environment or the liquid. In particular, the solid immersion lens inserted at the end of the waveguide has been proved as an efficient method to enhance the imaging capacity of the TGR system in FMCW mode, giving rise to a subwavelength resolution at the frequency band around 100 GHz.In addition to the studies of TGR systems, an on-wafer reflectometry system exploiting optical-pumped sources is as well proposed to benefit from the wide frequency band of photonic sources. As the first attempt, RF probes in association with double-PCA transceiver are used to deliver the pulse signal into samples on-wafer and the obtained time signals are analyzed. More propositions are given to push further up this study., Ce travail vise à construire un système compact et facile à mettre en œuvre de réflectométrie guidée par ondes térahertz (TGR) en tirant parti de l'émetteur-récepteur térahertz et des guides d'ondes pour diverses applications. Par rapport aux systèmes conventionnels utilisant une méthode quasi-optique, le nouveau concept a une configuration beaucoup plus simple et permet des applications de sondage à distance.Après des études sur le développement de la technologie térahertz, un émetteur-récepteur à double ACP à pompage optique et deux émetteurs-récepteurs radar à ondes continues modulées en fréquence (FMCW) ainsi que des guides d'ondes à parois minces à noyau creux sont sélectionnés pour mettre en œuvre le premier système TGR en mode impulsionnel et en mode FMCW. Les deux expériences et la simulation 3D pleine onde sont exploitées pour étudier les comportements de propagation des ondes à l'intérieur du système et pour évaluer les performances du système. Les systèmes TGR créés font l'objet d'une démonstration à des fins d'imagerie et de détection. Grâce à la capacité de guidage du guide d'ondes, ces installations présentent un potentiel dans certaines conditions de mesure difficiles, comme dans un environnement étroit et semi-fermé ou dans le liquide. En particulier, la lentille d'immersion solide insérée à l'extrémité du guide d'ondes s'est avérée être une méthode efficace pour améliorer la capacité d'imagerie du système TGR en mode FMCW, donnant lieu à une résolution de sous-longueur d'onde dans la bande de fréquences autour de 100 GHz.En plus des études sur les systèmes TGR, un système de réflectométrie sur plaquette exploitant des sources à pompage optique est également proposé pour bénéficier de la large bande de fréquences des sources photoniques. Comme première tentative, des sondes RF associées à un émetteur-récepteur à double ACP sont utilisées pour délivrer le signal d'impulsion dans des échantillons sur la tranche et les signaux temporels obtenus sont analysés. D'autres propositions sont faites pour pousser plus loin cette étude.