Propagation d’une onde de choc laser dans un matériau composite tissé 3D
Résumé
Comparés aux matériaux métalliques, les composites offrent un gain de masse important avec des propriétés mécaniques comparables. Ils sont également utilisés dans des assemblages collés (aubes de fan du moteur Leap-Safran). Le composite est un tissage 3D de fibres de carbone dans une matrice époxy. Une méthode prometteuse de contrôle non destructif de ces assemblages, induisant des contraintes mécaniques élevées, est le choc laser [Ducousso et al., Appl. Phys. Lett., 112, 2018], généré par une source laser impulsionnelle de puissance (>GW/cm², ~10 ns) focalisée en surface d’un adhésif métallique collé sur la cible composite. Suite au chargement laser, l’adhésif est sublimé en un plasma dense qui, en se détendant, induit la propagation d’un choc dans le volume du matériau, d’intensité crête quelques GPa. La vitesse de la surface libre opposée est mesurée par interférométrie laser. Une campagne de mesure a été réalisée pour différents échantillons du matériau et sites de tir. Le caractère haute fréquence du signal, la forte hétérogénéité du composite et l’anisotropie prononcée des fibres, induisent une propagation complexe. Pour une analyse approfondie, un modèle numérique basé sur un algorithme 2D aux différences finies a été développé. La géométrie de la structure et l’orientation des fibres sont obtenues par analyse des images de coupe des échantillons. Le code a préalablement été validé sur des matériaux métalliques, homogènes et isotropes [Cuenca et al., J. Appl. Phys., 128, 2020]. Le chargement en surface est décrit par un logiciel spécifique unidimensionnel [Bardy et al., Opt. Eng. 56, 2016]. Les comparaisons entre expériences et simulations portent sur les formes d’onde, l'atténuation par diffusion multiple, la vitesse de propagation de l’onde de choc cohérente et l’amplitude globale du signal. Elles incluent un aspect statistique en raison de leur dépendance avec la position du tir. Un modèle simple pour la vitesse du choc est proposé, et l’influence de l’adhésif sur l’amplitude du signal est discutée.