Modélisation de la propagation ultrasonore dans les matériaux composites obtenus par le procédé de fabrication RTM (Resin Transfer Molding)

Abstract

Le procédé de fabrication des matériaux composites RTM (Resin Transfer Molding) est utilisé pour produire des pièces de géométrie complexe. Lors du contrôle ultrasonore de ces pièces, une mesure d'atténuation est effectuée pour caractériser le taux de porosité éventuel (défaut possible dans ces matériaux). Cependant, une grande variabilité d'atténuation est observée y compris pour des pièces saines de géométrie plane. L'objectif de notre travail est d'expliquer ce fait en développant un modèle de propagation et d'atténuation des ondes ultrasonores dans ces pièces dont la microstructure complexe présente un aspect multiéchelles. Un modèle original a été développé pour prédire l'atténuation à l'échelle élémentaire d'une couche unidirectionnelle de fibres de carbone dans une matrice d'époxy, couplant les phénomènes de diffusion multiple par les fibres et d'absorption par effet viscoélastique. Il a été validé expérimentalement et est applicable à tous les composites fibreux à deux phases, quelle qu'en soit la concentration de fibres. à l'échelle supérieure d'un pli constitué de plusieurs couches élémentaires de différentes orientations, une homogénéisation suffit à prédire le comportement anisotrope des ondes ultrasonores et leur atténuation. Une plaque réelle est constituée d'un ensemble de plis séparés de couches de résines pures, l'épaisseur des différents plis et couches étant fortement variable. Une étude statistique a été menée pour prédire l'influence de ces variations géométriques sur la transmission des ultrasons modélisée suivant un formalisme dérivé de la méthode de Thomson-Haskell. La variabilité d'atténuation ultrasonore observée en pratique est quantitativement reproduite et expliquée par l'irrégularité géométrique de la micro-structure.