Numerical simulation and Acoustic Emission analysis resulting due to fiber breakage and debonding of the fiber/matrix interface in a microcomposite

Autor: Hamam, Zeina
Přispěvatelé: Matériaux, ingénierie et science [Villeurbanne] (MATEIS), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon, Claudio Fusco, Nathalie Godin, STAR, ABES
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Matériaux. Université de Lyon, 2020. Français. ⟨NNT : 2020LYSEI127⟩
Popis: This work focuses on the modeling of acoustic emission (AE) in a microcomposite made of carbon fiber and epoxy matrix. The main objective of this thesis is to quantify the influence of the propagation medium and of the sensor on the acoustic signal related to the breakage of a fiber, via finite element simulations carried out using the ABABQUS® software. Several studies, based on pattern recognition techniques, have shown that it is possible to correlate each AE signal to the different damage mechanisms (fiber breakage, matrix cracking, interfacial fiber / matrix debonding, delamination, etc. ). However, the acoustic signature is not universal; it strongly depends on the material, the structure, the sensors and the acquisition system. In the AE qualitative analysis, propagation and signal modifications are not taken into account. In this context, the validation of the acoustic signature is delicate and the results are difficult to generalize. A quantitative approach based on the simulation of AE and the entire acquisition chain is necessary in order to make the use of AE more reliable and to give robustness to the diagnosis and prognosis. In this work, a numerical model of the carbon fiber failure embedded in an epoxy matrix is established. This numerical model is validated by comparison with the experimental results. A parametric study is carried out in order to identify the effect of the different parts of the AE chain, in particular the effect of the propagation medium and of the sensor. An extension of this numerical model is also proposed in order to simulate another AE source, the interfacial fiber / matrix debonding. These numerical AE signals can be used in addition to experimental data to build libraries for life prediction approaches, based on machine learning methods in a PHM (Prognosis Heath management) type approach.
Ce travail porte sur la simulation de l’émission acoustique (EA) dans un microcomposite constitué d’une fibre de carbone et de matrice époxy. L’objectif principal de cette thèse est de quantifier l’influence du milieu de propagation et du capteur sur le signal acoustique lié à la rupture d’une fibre, via une simulation par Eléments Finis réalisée à l’aide du logiciel ABABQUS®. De nombreuses études, basées sur des techniques de reconnaissance de formes, ont montré qu’il est possible de relier chaque signal d’EA aux différents mécanismes d’endommagement (rupture de fibre, fissuration matricielle, décohésion interfaciale fibre/matrice, délaminage, …). Cependant, la signature acoustique n’est pas universelle, elle dépend fortement du matériau, de la structure, des capteurs et du système d’acquisition. Dans l’analyse de EA qualitative, la propagation et les altérations du signal ne sont pas prises en compte. Dans ce contexte, la validation de la signature acoustique est délicate et les résultats difficilement généralisables. Une approche quantitative basée sur la simulation de l’EA et de toute la chaine d’acquisition est nécessaire afin de fiabiliser l’utilisation de l’EA et de donner de la robustesse au diagnostic et au pronostic. Dans ce travail, un modèle numérique de la rupture de fibre en carbone noyée dans une matrice époxy est établi. Ce modèle numérique est validé par comparaison avec les résultats d’essais. Une étude paramétrique est effectuée afin d’identifier l’effet des différents éléments formant la chaîne d’EA, notamment l’effet du milieu de propagation et du capteur. Une extension de ce modèle numérique est également proposée afin de simuler une autre source d’EA, la décohésion interfaciale fibre/matrice. Ces signaux virtuels d’EA pourront être utilisés en complément de données expérimentales afin de construire des bibliothèques pour des approches de prévision de durée vie basées sur des méthodes d’apprentissage automatique dans une approche de type PHM (Pronostic Heath management).
Databáze: OpenAIRE
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