TESIS: Pierre GOISLOT

Relatores:

• Sra. Odile ABRAHAM - Université Gustave Eiffel
• Sr. Marc REBILLAT - Arts et Métiers

Examinadores:

• Sr. Koen VAN DEN ABEELE - KU Leuven
• Sr. Régis MARCHIANO - Universidad de la Sorbona

Co-supervisor de tesis:

• Sra. Guillemette RIBAY

Co-supervisor de tesis:

• Sr. Emmanuel MOULIN - INSA Hauts-de-France
• Sra. Lynda CHEHAMI - Université Polytechnique Hauts-de-France

La industria aeronáutica está realizando una transición de los materiales tradicionales a los materiales compuestos, que son más ligeros para una resistencia mecánica equivalente, lo que permite una reducción significativa del consumo de combustible. Sin embargo, estos materiales están sujetos a daños complejos, en particular como resultado de impactos que generan defectos conocidos como BVID (Barely Visible Impact Damage), que a menudo son invisibles en la superficie y constituyen un reto importante. Causados por impactos ligeros (granizo, escombros o caídas de herramientas durante el mantenimiento), pueden convertirse en estados críticos tras una tensión mecánica repetida. La seguridad es una preocupación constante en la industria aeronáutica, y se basa en particular en el control de la integridad de las estructuras. Las técnicas tradicionales de ensayos no destructivos (END) se basan en costosas inspecciones puntuales programadas, que limitan la frecuencia de las inspecciones. La monitorización de la salud estructural (SHM) pretende superar estas limitaciones proporcionando una monitorización continua de la estructura mediante sensores a bordo. De los métodos de SHM existentes, los que utilizan ondas elásticas guiadas son naturalmente sensibles a estos defectos. Sin embargo, los enfoques tradicionales basados en un estado de referencia son poco adecuados para estructuras que operan en entornos hostiles. El objetivo de este trabajo es, por tanto, desarrollar un método de detección y localización de BVID sin estado de referencia, utilizando un método de sonda-bomba basado en el principio de modulación vibroacústica, en el que una vibración de baja frecuencia (bomba) modifica el estado de referencia del BVID. La vibración de baja frecuencia (bomba) modifica el estado de contacto del fallo, que es detectado por una onda ultrasónica (sonda). Como las firmas obtenidas con esta familia de métodos son de un orden de magnitud inferior a las firmas obtenidas con un estado de referencia, se desarrolló primero un método de imagen coherente para estructuras muy anisótropas. Este método tiene en cuenta los efectos de enfoque que inducen la desviación de fase, y ha permitido localizar un BVID con un estado de referencia en presencia de un ruido muy elevado. A continuación se diseñó y modelizó un defecto de contacto artificial, para la aplicación de métodos de obtención de imágenes sin estado de referencia. Se demostró que este defecto impone una fuerza variable sobre la placa vibratoria, generando una interfaz de contacto variable. La modulación de una onda elástica guiada a través de este defecto se observó mediante sensores piezoeléctricos y se confirmó mediante la observación del campo ultrasónico. La tercera etapa consistió en localizar el defecto artificial mediante instrumentación multiemisor compatible con SHM. Se exploraron varias estrategias, desde enfoques incoherentes que no requerían información de fase de las firmas de ultrasonidos, hasta enfoques coherentes que eran más eficaces pero también más restrictivos. Se estudió el caso de una bomba monocromática, seguido del de una bomba aleatoria utilizando un método basado en la descomposición del valor singular de matrices diferenciales. Se utilizó un segundo enfoque matricial, basado en la descomposición en componentes independientes, para detectar modulaciones débiles incrustadas en el ruido. Por último, los métodos desarrollados se aplicaron a un caso real en un BVID. La naturaleza multimodal de las ondas elásticas guiadas y la presencia de modulaciones que compiten con las de la falla dificultan la interpretación de los resultados. Se estudiaron las modulaciones observadas en los modos A0 y S0, así como la modulación de las conversiones entre estos modos utilizando algoritmos de imagen multimodal. Un enfoque alternativo, basado en la mezcla de frecuencias de dos ondas de ultrasonido, reveló una interacción no lineal en la zona BVID a través de una medición del campo de ultrasonidos, y proporciona vías para futuras mejoras del método.

Preguntas frecuentes.