Assessment of steel-composite adhesively bonded joints by acousto-ultrasonic technique

Auscultation des assemblages collés par acousto-ultrasons : Application à des assemblages acier-composite du génie civil

Cheikh Sarr (1) , Sylvain Chataigner (1) , Laurent Gaillet (1) , Nathalie Godin (2)

1 IFSTTAR/MAST/SMC - Structures Métalliques et à Cables
2 MATEIS - Matériaux, ingénierie et science [Villeurbanne]

Reinforcing structures (both concrete and steel) using adhesively bonded composite has been increasingly used in civil engineering since the 1980s. However, defects and / or damage present in the adhesive reduce their effectiveness. Therefore, it is necessary to provide future users of the solution with tools for detecting, or identifying defects and / or damage present in these bonded joints without affecting their future use.The detection of poorly polymerized areas or lack of adhesion within the adhesively bonded joint is until now unworkable by the NDTcurrently used, and this is an important barrier to the development of the structural bonding. In this paper, we are testing the potential of the acousto-ultrasonic technique to answer this problem.Measurements were done on steel-composite bonded joints with controlled defects and data was processed by an analysis of the frequency spectrum’s correlation coefficients,a parametric analysis and with a multi-variable analysis called PCA (Principal Component Analysis). We reveal efficiently the lack of adhesion and the aging defect with the parametric analysis. Further data processing in principal component analysis (PCA) validated the efficiency of the technique for all the studied samples.

Le renforcement des structures(béton et acier) par collage de matériau composite est de plus en plus fréquent dans le domaine du génie civil depuis les années 80-90. Cependant, des défauts et/ou endommagements présents dans l’assemblage collé diminuent l’efficacité de cette solution technique. Dès lors, il est nécessaire de mettre à la disposition de ses futurs utilisateurs des outils pour détecter, voir identifier des défauts et/ou endommagements présents dans ces assemblages collés sans pour autant nuire à leur future utilisation.Les techniques actuellement utilisées dans l’auscultation des assemblages collés ne permettent pas de détecter des zones mal polymérisées ou des défauts d’adhésion.La détection de ces types de défaut constitue donc un verrou important freinant l’utilisation du collage structural. Dans cette étude, nous éprouvons la potentialité de la technique des acousto-ultrasons à répondre à cette problématique.Une série d’assemblages collés de renforts composites sur plaque métallique a été réalisée avec différents types de défauts maitrisés. Des mesures par acousto-ultrasons ont permis d’évaluer dans un premier temps la répétabilité de la technique puis d’estimer sa capacité à détecter et discerner les défauts étudiés. Plusieurs méthodologies ont été évaluées: une analyse des coefficients de corrélation des spectres fréquentiels, une analyse paramétrique et enfin une Analyse par Composantes Principales (ACP). L’analyse paramétrique s’est avérée efficace à déceler les défauts d’adhésion et de vieillissement de la colle. Une exploitation des données de type Analyse par Composantes Principales a été nécessaire afin de pouvoir détecter l’ensemble des défauts étudiés.

Mots clés: Acousto-ultrasound; Non Destructive Technique (NDT); Adhesively bonded steel-composite joints

Mots clés: Acousto-ultrasons; Contrôle Non-Destructif (CND); Assemblage collé acier-composite

Domaines: Matériaux et structures en mécanique [physics.class-ph]

Cheikh Sarr, Sylvain Chataigner, Laurent Gaillet, Nathalie Godin. Auscultation des assemblages collés par acousto-ultrasons : Application à des assemblages acier-composite du génie civil. 21ème Journées Nationales sur les Composites, École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers (ENSAM) - Bordeaux, Jul 2019, Bordeaux, Talence, France. ⟨hal-02420784⟩