Contribution of acoustic emission technique for monitoring damage of wood-based multi-material structures
Contribution au suivi par émission acoustique de l'endommagement des structures multi-matériaux à base de bois
Résumé
The application of wood-concrete-composite hybrid materials in a mechanical structure is increasing day after day. These multi-material structures are both original and mechanically promising. Nevertheless, their use is still recent. This results are in a certain lack of knowledge about their behavior and in particular with regard to the presence of damage which may lead to the degradation of their mechanical properties. In this context, acoustic emission (AE) may be an appropriate non destructive method for the inspection and control of these structures. In order to characterize the evolution of damage in multi-material structures, it is essential to characterize the damage of each constituent material. This work presents the first part of the project for assessment of hybrid structures. It concerns the characterization by acoustic emission of the damage of wood material. One of the difficulties associated with acoustic emission monitoring of wood is the variability and the complexities in its response, because the AE response depends on the structure of the wood specie and the loading condition. In this study, under different mechanical loading (standard tensile, compression and bending tests), damage of three wood species (Douglas fir, Silver fir and poplar) is characterized by the technique of acoustic emission. Results obtained show that the acoustic emission is efficient for the early detection of the damage of the wood material. It also allows to refine the damage scenarios and to differentiate the acoustic signatures of different mechanisms by means of unsupervised pattern recognition algorithms. Moreover, the results confirm that the acoustic response is dependent on the wood specie but also on the loading condition.
Aujourd'hui les structures multi-matériaux à base de bois sont en plein essor. Ces structures mixtes sont à la fois originales et mécaniquement prometteuses. En revanche, leur utilisation est encore récente. Cela se traduit par une certaine méconnaissance de leur comportement et notamment vis-à-vis de la présence des endommagements pouvant conduire à la dégradation de leurs propriétés mécaniques. Dans ce cadre, l'émission acoustique peut être une alternative pour l'inspection et le contrôle de ces structures. Afin de caractériser l'évolution de l'endommagement dans les structures multi-matériaux, il est indispensable de commencer par la caractérisation de l'endommagement de chaque matériau isolé. Le travail de recherche présenté dans ce document porte donc sur la caractérisation par émission acoustique de l'endommagement du matériau principal de la structure qui est le matériau bois. L'une des difficultés associée à son suivi par émission acoustique tient en particulier à la variation de sa réponse acoustique selon la structure du matériau, le type d'essence et la sollicitation appliquée. Dans cette étude, à partir de trois types d'essais mécaniques normalisés (traction, compression et flexion), l'endommagement de trois essences de bois (Douglas, sapin pectiné et peuplier) a été caractérisé par la technique d'émission acoustique. Les résultats obtenus montrent que l'émission acoustique est une technique performante pour la détection précoce de l'endommagement du matériau bois. Elle permet également d'affiner les scénarios d'endommagement et de différencier les signatures acoustiques des différents mécanismes par le biais d'algorithmes de reconnaissance de forme. En outre, les résultats obtenus ont vérifiés que la réponse acoustique est dépendante de l'essence et du type de sollicitation.
Origine : Version validée par le jury (STAR)