FR3136858A1 - METHOD FOR MEASURING THE THICKNESS AND METHOD FOR MEASURING THE DENSITY OF A SPECIMEN MADE OF COMPOSITE MATERIAL WITH CERAMIC MATRIX - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé (101) de mesure d’une épaisseur et d’une densité d’une éprouvette issue de l’usinage selon un plan d’une plaque en matériau composite à matrice céramique. Le procédé comprend la mesure (103) d’une masse sèche de l’éprouvette, la mesure (105) de fréquences de résonnance de l’éprouvette, la détermination (107) d’une épaisseur de l’éprouvette, à partir des fréquences de résonnance de l’éprouvette et de coefficients obtenus à partir d’une simulation numérique du comportement vibratoire d’une éprouvette de référence, et la détermination (109) d’une densité de l’éprouvette, à partir de la masse sèche mesurée, d’une surface de l’éprouvette selon le plan d’usinage, et de l’épaisseur déterminée. Figure pour l'abrégé : Figure 1The invention relates to a method (101) for measuring a thickness and a density of a test piece resulting from machining along a plane of a plate made of composite material with a ceramic matrix. The method comprises measuring (103) a dry mass of the test piece, measuring (105) resonance frequencies of the test piece, determining (107) a thickness of the test piece, from the frequencies resonance of the test piece and coefficients obtained from a digital simulation of the vibration behavior of a reference test piece, and the determination (109) of a density of the test piece, from the measured dry mass, of a surface of the specimen according to the machining plane, and of the determined thickness. Figure for abstract: Figure 1
Description
L’invention est relative au domaine de la mesure des paramètres d’une éprouvette destinée à être utilisée pour la caractérisation des propriétés thermomécaniques d’une plaque en matériau composite à matrice céramique. Elle concerne en particulier un procédé de mesure de l’épaisseur ainsi qu’un procédé de mesure de la densité d’une éprouvette en matériau composite à matrice céramique.The invention relates to the field of measuring the parameters of a test piece intended to be used for characterizing the thermomechanical properties of a plate made of composite material with a ceramic matrix. It relates in particular to a method for measuring the thickness as well as a method for measuring the density of a specimen made of composite material with a ceramic matrix.
Pour caractériser les propriétés thermomécaniques de plaques en matériau composite à matrice céramique (CMC), qui servent notamment à la fabrication de pièces d’un aéronef, il est connu d’usiner dans ces plaques des éprouvettes. Les éprouvettes ainsi obtenues sont ensuite soumises à des tests (de contrainte, de déformation…) pour obtenir des informations utiles sur leurs propriétés thermomécaniques et par extension sur celles de la plaque dont elles sont issues.To characterize the thermomechanical properties of ceramic matrix composite (CMC) material plates, which are used in particular for the manufacture of aircraft parts, it is known to machine test specimens from these plates. The specimens thus obtained are then subjected to tests (stress, deformation, etc.) to obtain useful information on their thermomechanical properties and by extension on those of the plate from which they come.
Dans ce contexte, il peut être nécessaire et/ou utile de connaître l’épaisseur et la densité d’une éprouvette avant de la solliciter mécaniquement dans le but notamment de pouvoir déterminer d’autres propriétés ne pouvant être obtenues qu’en connaissant au préalable l’épaisseur et la densité.In this context, it may be necessary and/or useful to know the thickness and density of a test piece before mechanically stressing it with the aim in particular of being able to determine other properties that can only be obtained by knowing beforehand. thickness and density.
D’une part, les techniques connues de mesure de l’épaisseur d’une telle éprouvette se basent sur l’utilisation d’un pied à coulisse, d’un comparateur à billes ou encore de la stéréovision. La norme ISO18754 décrit par exemple des techniques connues de l’homme du métier pour déterminer la masse volumique et la porosité apparente de céramiques dites techniques.On the one hand, the known techniques for measuring the thickness of such a test piece are based on the use of a caliper, a ball comparator or even stereovision. The ISO18754 standard describes, for example, techniques known to those skilled in the art for determining the density and apparent porosity of so-called technical ceramics.
D’autre part, les techniques connues de mesure de la densité d’un telle éprouvette se basent quant à elle sur une mesure, dite mesure de densité hydro, de la masse sèche, de la masse immergée et de la masse imbibée de l’éprouvette à tester.On the other hand, the known techniques for measuring the density of such a test piece are based on a measurement, called hydro density measurement, of the dry mass, the submerged mass and the soaked mass of the test piece to be tested.
Or, s’agissant de la mesure de l’épaisseur, compte-tenu de l’embuvage des plaques en matériau composite à matrice céramique (c’est-à-dire de la variation locale de dimensions de la plaque liée au tissage des fibres qu’elle contient), les méthodes dites manuelles de mesures d’épaisseurs (i.e. l’utilisation d’un pied à coulisse ou d’un comparateur à billes) sont très sensibles aux variations locales des paramètres de l’éprouvette et présentent des incertitudes de répétabilité et de reproductibilité élevées. De plus, l’utilisation de la stéréovision est longue, complexe et coûteuse à mettre en place.However, with regard to the measurement of the thickness, taking into account the fogging of the plates made of composite material with a ceramic matrix (that is to say the local variation in dimensions of the plate linked to the weaving of the fibers which it contains), so-called manual methods of thickness measurement (i.e. the use of a caliper or a ball comparator) are very sensitive to local variations in the parameters of the test piece and present uncertainties high repeatability and reproducibility. In addition, the use of stereovision is long, complex and expensive to implement.
Par ailleurs, s’agissant de la mesure de la densité, la mesure de densité hydro est très longue (une douzaine d’heures) et présente également des incertitudes de répétabilité et reproductibilité élevées.Furthermore, regarding the measurement of density, the hydro density measurement is very long (around twelve hours) and also presents high repeatability and reproducibility uncertainties.
La présente invention propose une solution à ces inconvénients.The present invention offers a solution to these drawbacks.
Ainsi, un objectif de l’invention est de mesurer des paramètres d’une éprouvette de manière non destructive, plus rapide que l’état de la technique, peu coûteuse, et réduisant les incertitudes de mesure par rapport aux techniques connues.Thus, an objective of the invention is to measure parameters of a test piece in a non-destructive manner, faster than the state of the art, inexpensive, and reducing measurement uncertainties compared to known techniques.
À cet effet, l’invention selon un premier aspect a pour objet un procédé de mesure d’une épaisseur d’une éprouvette, dite éprouvette de test, issue de l’usinage selon un plan d’une plaque en matériau composite à matrice céramique, ledit procédé comprenant :To this end, the invention according to a first aspect relates to a method for measuring the thickness of a test specimen, called a test specimen, resulting from the machining along a plane of a plate of composite material with a ceramic matrix. , said method comprising:
a) la mesure de fréquences de résonnance de l’éprouvette de test ; et,a) measuring the resonance frequencies of the test specimen; And,
b) la détermination d’une épaisseur de l’éprouvette de test, à partir des fréquences de résonnance de l’éprouvette de test et de coefficients obtenus à partir d’une simulation numérique du comportement vibratoire d’une éprouvette virtuelle, dite éprouvette de référence.b) determining a thickness of the test specimen, from the resonance frequencies of the test specimen and coefficients obtained from a digital simulation of the vibration behavior of a virtual specimen, called a test specimen reference.
Selon un mode de mise en œuvre du procédé, les fréquences de résonnance de l’éprouvette de test sont mesurées à l’étape a) par vibrométrie laser.According to one mode of implementation of the method, the resonance frequencies of the test specimen are measured in step a) by laser vibrometry.
Selon un autre mode de mise en œuvre du procédé, l’épaisseur à mesurer de l’éprouvette de test est comprise entre 2 et 10 millimètres, de préférence entre 2 et 4 millimètres ou entre 6 et 7 millimètres, et l’éprouvette de test est une éprouvette haltère.According to another mode of implementation of the method, the thickness to be measured of the test specimen is between 2 and 10 millimeters, preferably between 2 and 4 millimeters or between 6 and 7 millimeters, and the test specimen is a dumbbell test tube.
Selon un autre mode de mise en œuvre du procédé, deux fréquences de résonnance de l’éprouvette de test sont mesurées à l’étape a), une première fréquence étant une fréquence de résonnance d’un mode de flexion dans le plan d’usinage, de préférence un premier mode de flexion dans le plan, et une seconde fréquence étant une fréquence de résonnance d’un mode de flexion en dehors du plan d’usinage, de préférence un premier mode de flexion hors du plan, les deux fréquences de résonnance étant des fréquences de résonnance en conditions libre-libre.According to another mode of implementation of the method, two resonance frequencies of the test specimen are measured in step a), a first frequency being a resonance frequency of a bending mode in the machining plane , preferably a first mode of bending in the plane, and a second frequency being a resonance frequency of a mode of bending outside the machining plane, preferably a first mode of bending out of the plane, the two frequencies of resonance being resonance frequencies in free-free conditions.
Selon un autre mode de mise en œuvre du procédé, la simulation numérique du comportement vibratoire de l’éprouvette de référence, réalisée préalablement à l’étape b), comprend la détermination de fréquences de résonnance de l’éprouvette de référence, correspondant à la première et à la seconde fréquence de résonnance mesurées de l’éprouvette de test, de préférence réalisée par la méthode des éléments finis.According to another mode of implementation of the method, the digital simulation of the vibration behavior of the reference specimen, carried out prior to step b), comprises the determination of resonance frequencies of the reference specimen, corresponding to the first and second measured resonance frequencies of the test specimen, preferably carried out by the finite element method.
Selon un autre mode de mise en œuvre du procédé, les fréquences de résonnance de l’éprouvette de référence sont déterminées à partir de paramètres prédéterminés de ladite éprouvette de référence comprenant une épaisseur, une densité et un module de rigidité axial.According to another mode of implementation of the method, the resonance frequencies of the reference specimen are determined from predetermined parameters of said reference specimen including a thickness, a density and an axial rigidity modulus.
Selon un autre mode de mise en œuvre du procédé, l’épaisseur, la densité et le module de rigidité axial de l’éprouvette de référence sont sensiblement égaux à une épaisseur théorique, une densité théorique et un module de rigidité axial théorique de l’éprouvette de test. Par ailleurs, la forme et les dimensions de l’éprouvette de référence sont de préférence identiques à la forme et aux dimensions respectives de l’éprouvette de test.According to another mode of implementation of the method, the thickness, the density and the axial rigidity modulus of the reference specimen are substantially equal to a theoretical thickness, a theoretical density and a theoretical axial rigidity modulus of the test specimen. Furthermore, the shape and dimensions of the reference specimen are preferably identical to the respective shape and dimensions of the test specimen.
Selon un autre mode de mise en œuvre du procédé, un premier coefficient, obtenu à partir de la simulation numérique du comportement vibratoire de l’éprouvette de référence, réalisée préalablement à l’étape b), est déterminé selon la formule :According to another mode of implementation of the method, a first coefficient, obtained from the digital simulation of the vibration behavior of the reference specimen, carried out prior to step b), is determined according to the formula:
où K1e, E11_ref, drefet f1e_simucorrespondent respectivement audit premier coefficient ainsi qu’au module de rigidité axial, à la densité et à une première fréquence de résonnance de l’éprouvette de référence,where K 1e , E 11_ref , d ref and f 1e_simu correspond respectively to said first coefficient as well as to the axial rigidity modulus, to the density and to a first resonance frequency of the reference specimen,
et un second coefficient, obtenu à partir de la simulation numérique du comportement vibratoire de l’éprouvette de référence, est déterminé selon la formule :and a second coefficient, obtained from the numerical simulation of the vibration behavior of the reference specimen, is determined according to the formula:
où K1f,E11_ref, dref, hrefet f1f_simucorrespondent respectivement audit second coefficient ainsi qu’au module de rigidité axial, à la densité, à l’épaisseur et à une seconde fréquence de résonnance de l’éprouvette de référence.where K 1f, E 11_ref , d ref , h ref and f 1f_simu correspond respectively to said second coefficient as well as to the axial modulus of rigidity, to the density, to the thickness and to a second resonance frequency of the reference specimen .
Selon un autre mode de mise en œuvre du procédé, l’épaisseur de l’éprouvette de test est déterminée selon la formule :According to another method of implementing the process, the thickness of the test specimen is determined according to the formula:
où h, K1e,K1f, f1eet f1fcorrespondent respectivement à ladite épaisseur ainsi qu’au premier coefficient, au second coefficient, à la première et à la seconde fréquence de résonnance mesurées de l’éprouvette de test.where h, K 1e, K 1f , f 1e and f 1f correspond respectively to said thickness as well as to the first coefficient, the second coefficient, the first and the second resonance frequency measured of the test specimen.
Selon un deuxième aspect, l’invention a pour objet un procédé de mesure d’une densité d’une éprouvette, dite éprouvette de test, issue de l’usinage selon un plan d’une plaque en matériau composite à matrice céramique, le procédé comprenant :According to a second aspect, the subject of the invention is a method for measuring the density of a test specimen, called a test specimen, resulting from the machining along a plane of a plate of composite material with a ceramic matrix, the method including:
a) la mesure d’une masse sèche de l’éprouvette de test ;a) measuring a dry mass of the test specimen;
b) la mesure d’une épaisseur de l’éprouvette de test conformément au procédé selon le premier aspect ; et,b) measuring a thickness of the test specimen in accordance with the method according to the first aspect; And,
c) la détermination de la densité de l’éprouvette de test, à partir de la masse sèche mesurée, d’une surface de l’éprouvette de test selon le plan d’usinage, et de l’épaisseur mesurée.c) determining the density of the test specimen, from the measured dry mass, a surface of the test specimen according to the machining plane, and the measured thickness.
Selon un mode de mise en œuvre du procédé, la densité de l’éprouvette de test est déterminée selon la formule :According to one method of implementing the process, the density of the test specimen is determined according to the formula:
où d, m, S et h correspondent respectivement à ladite densité ainsi qu’à la masse sèche, à la surface dans le plan d’usinage et à l’épaisseur mesurée de l’éprouvette de test.where d, m, S and h correspond respectively to said density as well as to the dry mass, to the surface in the machining plane and to the measured thickness of the test specimen.
La présente invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d’un exemple non limitatif qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels :The present invention will be better understood and other details, characteristics and advantages of the present invention will appear more clearly on reading the description of a non-limiting example which follows, with reference to the appended drawings in which:
la
la
la
la
la
En référence à la
L’éprouvette 201, aussi appelée éprouvette de test, dont l’épaisseur et la densité sont mesurées grâce au procédé, est une éprouvette de caractérisation thermomécanique issue de l’usinage d’une plaque en matériau composite à matrice céramique (appelée plaque CMC dans ce qui suit). En outre, dans d’autres modes de réalisation, l’éprouvette n’est pas nécessairement issue d’un usinage, mais peut être issue d’une autre méthode de fabrication, sous réserve que sa géométrie dans le plan soit constante et connue sur toute son épaisseur.The specimen 201, also called a test specimen, whose thickness and density are measured using the process, is a thermomechanical characterization specimen resulting from the machining of a plate made of composite material with a ceramic matrix (called CMC plate in what follows). Furthermore, in other embodiments, the test piece is not necessarily the result of machining, but can be the result of another manufacturing method, provided that its geometry in the plane is constant and known on its entire thickness.
L’éprouvette 201 est décrite plus en détail plus loin en référence à la
En outre, comme dit plus haut, du fait notamment de variations locales des paramètres de la plaque CMC dont est issue l’éprouvette et des spécificités de l’usinage permettant d’obtenir l’éprouvette (en particulier l’orientation du plan d’usinage dans la plaque CMC), les valeurs d’épaisseur et de densité qui sont mesurées grâce au procédé et dont il est question dans ce qui suit sont des valeurs moyennes.In addition, as said above, due in particular to local variations in the parameters of the CMC plate from which the specimen comes and the specificities of the machining making it possible to obtain the specimen (in particular the orientation of the plane of machining in the CMC plate), the thickness and density values which are measured using the process and which are discussed in the following are average values.
A titre d’exemple, la
La
En résumé, à titre d’exemple non limitatif, l’éprouvette de test 201 dont les paramètres sont mesurés par le procédé a une géométrie d’éprouvette haltère telle qu’illustrée à la
Le procédé 101 est donc un procédé de mesure d’une épaisseur, notée h, et d’une densité, notée d, d’une éprouvette 201, dite éprouvette de test, issue de l’usinage selon un plan P d’une plaque CMC.The method 101 is therefore a method of measuring a thickness, denoted h, and a density, denoted d, of a specimen 201, called a test specimen, resulting from machining along a plane P of a plate CMC.
L’étape 103 consiste en la mesure d’une masse sèche, notée m, de l’éprouvette 201. Cette mesure peut être réalisée simplement, par exemple, au moyen d’une balance dans un environnement dont le taux d’humidité, c’est-à-dire la proportion d’eau à l’état gazeux dans l’environnement en question, est connu et inférieur à une valeur déterminée. Ce type de mesure a l’avantage de présenter une faible incertitude de répétabilité et de reproductibilité.Step 103 consists of measuring a dry mass, denoted m, of the test piece 201. This measurement can be carried out simply, for example, by means of a balance in an environment whose humidity level, c that is to say the proportion of water in the gaseous state in the environment in question, is known and less than a determined value. This type of measurement has the advantage of having low repeatability and reproducibility uncertainty.
L’étape 105 consiste en la mesure de fréquences de résonnance de l’éprouvette 201. Dans l’exemple non-limitatif de mise en œuvre du procédé décrit ici, deux fréquences de résonnance, respectivement notées f1eet f1fsont mesurées. En particulier, il s’agit pour la première fréquence f1ede la fréquence de résonnance d’un premier mode de flexion dans le plan P d’usinage, aussi appelé premier mode de flexion dans le plan, noté 1E et illustré à titre d’exemple dans la partie haute de la
La mesure des fréquences de résonnance de l’éprouvette de test 201 peut être réalisée par vibrométrie laser. Dans ce cas, l’éprouvette est soumise à une excitation acoustique 401 avec un balayage fréquentiel (par exemple allant de 100 Hertz à 20 kilohertz) et un vibromètre laser 403 fait parallèlement l’acquisition en différents points de la surface de l’éprouvette d’un signal optique représentatif des vibrations de ladite éprouvette. L’amplitude de ce signal est ensuite traitée numériquement, par exemple par transformée de Fourier, pour extraire les fréquences de résonnance des différents modes de résonnance de l’éprouvette. Là encore, ce type de mesure a l’avantage de présenter une faible incertitude de répétabilité et de reproductibilité.The measurement of the resonance frequencies of the test specimen 201 can be carried out by laser vibrometry. In this case, the test piece is subjected to acoustic excitation 401 with a frequency scan (for example ranging from 100 Hertz to 20 kilohertz) and a laser vibrometer 403 simultaneously acquires d at different points on the surface of the test piece. an optical signal representative of the vibrations of said test piece. The amplitude of this signal is then processed digitally, for example by Fourier transform, to extract the resonance frequencies of the different resonance modes of the test piece. Here again, this type of measurement has the advantage of having low repeatability and reproducibility uncertainty.
L’étape 107 consiste en la détermination de l’épaisseur h de l’éprouvette 201, à partir des fréquences f1eet f1fde résonnance de l’éprouvette 201 déterminées à l’étape 105 et de coefficients K1eet K1fobtenus à partir d’une simulation numérique du comportement vibratoire d’une éprouvette virtuelle 113, dite éprouvette de référence, réalisée au préalable.Step 107 consists of determining the thickness h of the specimen 201, from the resonance frequencies f 1e and f 1f of the specimen 201 determined in step 105 and coefficients K 1e and K 1f obtained from a digital simulation of the vibration behavior of a virtual test piece 113, called a reference test piece, carried out beforehand.
Dans l’exemple non-limitatif décrit ici, la simulation numérique du comportement vibratoire de l’éprouvette de référence 113 comprend notamment la détermination de deux fréquences de résonnance, notées f1e_simu,f1f_simuqui correspondent aux fréquences de résonnances qui sont mesurées pour l’éprouvette de test 201. La simulation numérique du comportement vibratoire peut être réalisée par exemple par la méthode des éléments finis.In the non-limiting example described here, the digital simulation of the vibration behavior of the reference specimen 113 notably includes the determination of two resonance frequencies, denoted f 1e_simu, f 1f_simu which correspond to the resonance frequencies which are measured for l test specimen 201. The digital simulation of the vibration behavior can be carried out for example by the finite element method.
Le mot « virtuelle » désigne ici le fait que l’éprouvette n’a pas nécessairement d’existence physique mais constitue plutôt un ensemble de paramètres utilisés comme données d’entrée de la simulation numérique pour pouvoir ensuite récupérer les informations recherchées sous la forme de données de sortie de ladite simulation numérique.The word “virtual” here designates the fact that the test piece does not necessarily have a physical existence but rather constitutes a set of parameters used as input data for the digital simulation to then be able to recover the information sought in the form of output data from said digital simulation.
En particulier, les fréquences f1e_simuet f1f_simude l’éprouvette de référence 113 sont déterminées à partir de paramètres prédéterminés de l’éprouvette de référence 113 qui comprennent une épaisseur href, une densité drefet un module de rigidité axial de ladite éprouvette de référence 113 noté E11_ref. Plus précisément, le module de rigidité axial E11_refdont il est question ici et dans ce qui suit est le module de rigidité axial selon l’axe longitudinal X de l’éprouvette de référence 113 tel que visible à la
Plus précisément, dans l’exemple non-limitatif décrit, l’épaisseur href, la densité drefet le module de rigidité axial E11_refde l’éprouvette de référence 113 sont sensiblement égaux à une épaisseur théorique h0, une densité théorique d0et un module de rigidité axial théorique E11_0de l’éprouvette de test 201. Par « théorique » on désigne ici les paramètres moyens attendus, issus d’un dossier de caractérisation du matériau (en l’espèce, le CMC).More precisely, in the non-limiting example described, the thickness h ref , the density d ref and the axial rigidity modulus E 11_ref of the reference specimen 113 are substantially equal to a theoretical thickness h 0 , a theoretical density d 0 and a theoretical axial rigidity modulus E 11_0 of the test specimen 201. By “theoretical” we mean here the expected average parameters, taken from a material characterization file (in this case, the CMC).
En d’autres termes, les paramètres de l’éprouvette de référence href, drefet E11_refqui sont utilisés pour la simulation numérique du comportement vibratoire de l’éprouvette de référence 113 sont pris égaux à des paramètres théoriques de l’éprouvette de test 201 (la
En outre, s’agissant des dimensions de l’éprouvette 113 de référence qui sont prises en compte pour la simulation numérique de son comportement vibratoire, il s’agit des dimensions dans le plan P d’usinage qui est utilisé pour usiner la plaque CMC et générer ainsi l’éprouvette de test 201.Furthermore, with regard to the dimensions of the reference specimen 113 which are taken into account for the digital simulation of its vibrational behavior, these are the dimensions in the machining plane P which is used to machine the CMC plate and thus generate the test specimen 201.
Comme dit plus haut, la détermination de l’épaisseur h de l’éprouvette de test 201 est réalisée à partir de coefficients K1eet K1fissus de la simulation numérique décrite plus haut. Dans l’exemple non-limitatif décrit, ces coefficients sont au nombre de deux toutefois l’homme du métier appréciera que leur nombre peut être supérieur dans un mode de mise en œuvre différent du procédé.As said above, the determination of the thickness h of the test specimen 201 is carried out using coefficients K 1e and K 1f resulting from the digital simulation described above. In the non-limiting example described, there are two of these coefficients, however those skilled in the art will appreciate that their number can be greater in a different mode of implementation of the method.
Dans tous les cas, la détermination de ces coefficients résulte d’une analyse de sensibilité des paramètres de la simulation numérique du comportement vibratoire. Une telle analyse de sensibilité consiste à étudier numériquement l’influence de chaque paramètre de la simulation numérique sur les fréquences de résonnance déterminées.In all cases, the determination of these coefficients results from a sensitivity analysis of the parameters of the digital simulation of vibration behavior. Such a sensitivity analysis consists of numerically studying the influence of each parameter of the digital simulation on the determined resonance frequencies.
Pour cela, chaque paramètre de la simulation numérique du comportement vibratoire de l’éprouvette simulée peut être soumis à une variation (de 10 % ou 20 % par exemple) pour ensuite observer l’influence de cette variation sur les fréquences de résonnances obtenuesin fine.For this, each parameter of the digital simulation of the vibratory behavior of the simulated specimen can be subjected to a variation (of 10% or 20% for example) to then observe the influence of this variation on the resonance frequencies ultimately obtained. .
La
Ainsi, l’analyse de sensibilité permet notamment d’établir une relation mathématique entre le paramètre « épaisseur » et les fréquences mesurées, indépendantes de la densité et des rigidités du matériau considéré.Thus, the sensitivity analysis makes it possible in particular to establish a mathematical relationship between the “thickness” parameter and the measured frequencies, independent of the density and rigidities of the material considered.
Grâce à l’analyse de sensibilité réalisée au préalable, dans l’exemple décrit, le premier coefficient K1e, obtenu à partir de la simulation numérique du comportement vibratoire de l’éprouvette de référence 113, est déterminé selon la formule :Thanks to the sensitivity analysis carried out beforehand, in the example described, the first coefficient K 1e , obtained from the digital simulation of the vibration behavior of the reference specimen 113, is determined according to the formula:
où K1e, E11_ref, drefet f1e_simucorrespondent respectivement au premier coefficient ainsi qu’au module de rigidité axial, à la densité et à la première fréquence de résonnance de l’éprouvette de référence 113,where K 1e , E 11_ref , d ref and f 1e_simu correspond respectively to the first coefficient as well as the axial rigidity modulus, the density and the first resonance frequency of the reference specimen 113,
En outre, le second coefficient K1f, obtenu à partir de la simulation numérique du comportement vibratoire de l’éprouvette de référence 113, est déterminé selon la formule :In addition, the second coefficient K 1f , obtained from the digital simulation of the vibration behavior of the reference specimen 113, is determined according to the formula:
où K1f,E11_ref, dref, hrefet f1f_simucorrespondent respectivement au second coefficient ainsi qu’au module de rigidité axial, à la densité, à l’épaisseur et à la seconde fréquence de résonnance de l’éprouvette de référence 113.where K 1f, E 11_ref , d ref , h ref and f 1f_simu correspond respectively to the second coefficient as well as the axial modulus of rigidity, the density, the thickness and the second resonance frequency of the reference specimen 113.
Finalement, c’est donc bien à partir des fréquences de résonnance mesurées et des coefficients obtenus à partir de la simulation que l’épaisseur h de l’éprouvette de test 201 est déterminée selon la formule :Finally, it is therefore from the measured resonance frequencies and the coefficients obtained from the simulation that the thickness h of the test specimen 201 is determined according to the formula:
où h, K1e,K1f, f1eet f1fcorrespondent respectivement à l’épaisseur ainsi qu’au premier coefficient, au second coefficient, à la première et à la seconde fréquence de résonnance mesurées de l’éprouvette de test 201.where h, K 1e, K 1f , f 1e and f 1f correspond respectively to the thickness as well as to the first coefficient, the second coefficient, the first and the second resonance frequency measured of the test specimen 201.
L’étape 109 consiste en la détermination de la densité d de l’éprouvette de test 201, à partir de la masse sèche m mesurée, de la surface S de l’éprouvette selon le plan P d’usinage (préalablement connue), et de l’épaisseur h déterminée lors de l’étape 107.Step 109 consists of determining the density d of the test specimen 201, from the measured dry mass m, the surface S of the specimen according to the machining plane P (previously known), and of the thickness h determined during step 107.
Plus précisément, la densité d de l’éprouvette de test 201 est déterminée selon la formule :More precisely, the density d of test specimen 201 is determined according to the formula:
où d, m, S et h correspondent respectivement à la densité ainsi qu’à la masse sèche, à la surface dans le plan P d’usinage et à l’épaisseur de l’éprouvette de test 201, déterminée à l’étape 107.where d, m, S and h correspond respectively to the density as well as to the dry mass, to the surface in the machining plane P and to the thickness of the test specimen 201, determined in step 107.
En conclusion, le procédé selon l’invention permet de réduire les temps de contrôle des éprouvettes, de fiabiliser les données obtenues et de réduire les incertitudes de mesures sur l’épaisseur et sur la densité des éprouvettes. En outre, ce procédé est applicable à toutes sortes de géométries d’éprouvettes. Enfin, une seule simulation numérique de référence est nécessaire et ré-applicable lorsqu’un même plan d’usinage est utilisé pour plusieurs éprouvettes dans la mesure où la détermination de l’épaisseur et de la densité dépend de paramètres qui ne changent pas dans ce cas.In conclusion, the method according to the invention makes it possible to reduce test specimen inspection times, make the data obtained more reliable and reduce measurement uncertainties on the thickness and density of the specimens. Furthermore, this process is applicable to all kinds of specimen geometries. Finally, a single reference numerical simulation is necessary and re-applicable when the same machining plan is used for several specimens to the extent that the determination of the thickness and density depends on parameters which do not change in this case.
En outre, bien qu’il ne s’agisse pas de l’objet du procédé de mesure décrit ici, l’homme du métier appréciera qu’à partir de la détermination de la densité d décrite ici (qui présente l’avantage d’être simple et précise) et du premier coefficient K1etelle qu’explicitée plus haut, il est également possible de déterminer le module de rigidité axial E11selon son axe longitudinal X de l’éprouvette de test 201 en utilisant la formule :Furthermore, although this is not the subject of the measurement method described here, those skilled in the art will appreciate that from the determination of the density d described here (which has the advantage of be simple and precise) and the first coefficient K 1e as explained above, it is also possible to determine the axial rigidity modulus E 11 along its longitudinal axis X of the test specimen 201 using the formula:
Claims (11)
a) la mesure (105) de fréquences (f1e, f1f) de résonnance de l’éprouvette de test (201) ; et,
b) la détermination (107) d’une épaisseur (h) de l’éprouvette de test (201), à partir des fréquences (f1e, f1f) de résonnance de l’éprouvette de test (201) et de coefficients (K1e, K1f) obtenus à partir d’une simulation numérique du comportement vibratoire d’une éprouvette virtuelle (113), dite éprouvette de référence.Method for measuring a thickness (h) of a test specimen (201), called a test specimen, resulting from machining along a plane (P) of a plate of composite material with a ceramic matrix, said method (101) including:
a) measuring (105) frequencies (f 1e , f 1f ) of resonance of the test specimen (201); And,
b) determining (107) a thickness (h) of the test specimen (201), from the frequencies (f 1e , f 1f ) of resonance of the test specimen (201) and coefficients ( K 1e , K 1f ) obtained from a digital simulation of the vibration behavior of a virtual test piece (113), called a reference test piece.
et un second coefficient, obtenu à partir de la simulation numérique du comportement vibratoire de l’éprouvette de référence (113), est déterminé selon la formule :
and a second coefficient, obtained from the digital simulation of the vibration behavior of the reference specimen (113), is determined according to the formula:
a) la mesure (103) d’une masse sèche (m) de l’éprouvette de test (201) ;
b) la mesure (105, 107) d’une épaisseur (h) de l’éprouvette de test (201) conformément au procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes ; et,
c) la détermination (109) de la densité (d) de l’éprouvette de test (201), à partir de la masse sèche (m) mesurée, d’une surface (S) de l’éprouvette de test (201) selon le plan (P) d’usinage, et de l’épaisseur (h) mesurée à l’étape b).Method (101) for measuring a density (d) of a test specimen (201), called a test specimen, resulting from machining along a plane of a plate made of composite material with a ceramic matrix, the method (101) including:
a) measuring (103) a dry mass (m) of the test specimen (201);
b) measuring (105, 107) a thickness (h) of the test specimen (201) in accordance with the method according to any one of the preceding claims; And,
c) determining (109) the density (d) of the test specimen (201), from the dry mass (m) measured, of a surface (S) of the test specimen (201) according to the machining plane (P), and the thickness (h) measured in step b).
Method according to the preceding claim, in which the density (d) of the test specimen (201) is determined according to the formula:
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