Détection et suivi de l’endommagement anisotrope par méthode ultrasonore dans un composite à renfort tissé et matrice polyamide PA 66/6

Abstract

Un composite polyamide 66/6 renforcé par un tissu à armature sergée de 2,2 en fibres de verres a été étudié par une méthode ultrasonore avancée. Les mécanismes d’endommagement de ce type de matériau dépendent de la nature de sollicitation et de l’architecture du renfort, en particulier de l’orientation des fibres. Dans ce travail, une sollicitation en traction a été considérée pour deux configurations d’orientation des éprouvettes : (i) orientée suivant la direction d’écoulement (sens du renfort chaine) et (ii) orientée à 45° de celle-ci. Différents niveaux d’endommagement ont été induis pour ces deux configurations d’échantillons, jusqu’à des niveaux proches de la rupture. Une première estimation de l’endommagement est obtenue à travers la baisse du module d’élasticité et sert de référence. Pour chaque niveau d’endommagement, une méthode ultrasonore de mesure du tenseur de rigidité est ensuite utilisée sur chaque échantillon. Un schéma différent d’évolution anisotrope de l’endommagement a été observé pour chaque configuration d’échantillon. A partir des signaux obtenus par mesure ultrasonore, un nouvel indicateur d’endommagement a été proposé. Cet indicateur est basé sur la mesure de déphasage du signal ultrasonore par rapport à un signal obtenu sur éprouvette non endommagée. Le nouvel indicateur s’est révélé plus sensible à la dégradation du matériau comparativement à l’indicateur d’endommagement classique fondé sur la réduction du module d’élasticité. Les deux indicateurs ont montré une évolution importante de l’endommagement lors de chargement en traction à 45°de la direction d’écoulement gouverné par un mode de cisaillement.

In this study a polyamide 66/6 based composite reinforced with twill woven glass fabric is investigated using an advanced ultrasonic method. It is well established that the damage scheme of those of composites depends on both applied loading and fiber’s orientations. Tensile tests on samples oriented (i) along the mold flow direction and (ii) at 45° of this direction were performed. Increasing stress levels were applied on those two samples configurations until composite final failure. A stiffness constants measurement using ultrasound is then carried out for each applied stress level. Different damage schemes were observed for the two samples configuration. Based on the transmitted ultrasonic signals acquisitions a new damage indicator is proposed. It is based on the phase shift between the signal measured on a damaged sample and the signal from a reference sample. The new ultrasonic damage indicator is proven to be highly sensitive to the material degradation. It has been compared to the classical damage indicator based on the modulus reduction measured during tensile tests. Due to predominance of shear stress, both damage indicators exhibit a higher evolution for the samples oriented at 45° than those oriented at 0°.