Bei der Assemblierung von Lithium-Ionen-Batterien ist ein zentraler Arbeitsschritt die Herstellung der elektrischen Verbindung von einzelnen Lithium-Ionen-Zellen in Reihen- und/oder Parallelschaltung. Dazu kommen in der Regel Überlappschweißverbindungen aus Blechen mit Dicken von unter 2 mm zum Einsatz. Typischerweise werden Eisen-, Aluminium- und Kupferwerkstoffe genutzt. Dieser Produktionsschritt ist wegen der Wichtigkeit für die gesamte Batteriefunktion in seiner Qualität zu überwachen. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein dafür geeignetes Verfahren identifiziert. Es wurden Ultraschallprüfverfahren, Durchstrahlungsverfahren, die Messung des elektrischen Widerstands sowie thermografische Verfahren auf ihre Eignung zur Prüfung derartiger Überlappschweißverbindungen hin untersucht. Dabei zeigte sich, dass die nach dem Stand der Technik verfügbaren Verfahren im betrachteten Anwendungsfall wegen unzureichender Zugänglichkeit, mangelnder Fähigkeit der Fehlerdetektion oder wirtschaftlicher Gründe häufig nur eingeschränkt einsetzbar sind. Demzufolge war ein neues Verfahren zur Prüfung der Schweißnähte zur elektrischen Verbindung von Zellen zu entwickeln. Als Ansatz wurde die optisch angeregte Thermografie gewählt. Diese konnte erfolgreich eingesetzt werden, wenn ein Laser zur Anregung sowie eine Photonendetektorkamera zur Detektion genutzt wurde. Durch die Anwendung der Lockin-Thermografie konnten Rauscheinflüsse auf die Messung minimiert werden. Es konnte gezeigt werden, dass Lockin-Messungen auch dann ausgewertet können, wenn das gemessene Temperatursignal neben einer harmonischen Schwingung und Rauschen einen stetigen Temperaturtrend aufweist. Die Anwendung von im Rahmen der Arbeit entwickelten Abschirmelementen, die für die Anregungsstrahlung transparent und die von der genutzten Kamera erfassten Strahlung undurchlässig sind, erlaubte die Prüfung metallischer Schweißverbindung in der Nähe von hochabsorptiven Flächen. Unter Nutzung eines neu entwickelten Auswertealgorithmus, der auf die Kompensation des Effekts lateraler Wärmeflüsse im untersuchten Bauteil zielt, konnte die Ergebnisqualität der Thermografie hinsichtlich einer besseren optischen Korrelation der Ergebnisbilder zu Referenzprüfungen sowie einer verringerten Messunsicherheit der angebundenen Fläche verbessert werden. Insgesamt zeigte sich das Verfahren in seiner weiterentwickelten Form als für die Prüfung tauglich.:1 Einleitung 1.1 Motivation und Ziel 1.2 Einführung in die Arbeit 2 Stand der Technik 2.1 Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge 2.1.1 Lithium-Ionen-Batterien im Vergleich zu anderen Energiespeichern in der Elektromobilität 2.1.2 Aufbau und Funktion von Lithium-Ionen-Batterien 2.2 Fertigungstechnik der Kontaktierung von Lithium-Ionen-Zellen 2.2.1 Kontaktierung von Lithium-Ionen-Zellen 2.2.2 Schweißverfahren zur Kontaktierung von Lithium-Ionen-Zellen 2.3 Schweißnahtanforderungen und -fehler 2.4 Zerstörungsfreie Prüfung von Kontaktierverbindungen 2.4.1 Qualitätssicherung von Kontaktierverbindungen 2.4.2 Anforderungen an zerstörungsfreie Prüfverfahren 2.4.3 Ultraschallprüfung 2.4.4 Durchstrahlungsprüfung 2.4.5 Messung des elektrischen Widerstands 2.4.6 Oberflächenprüfung 2.4.7 Infrarotthermografie 3 Vorauswahl eines geeigneten Verfahrens der zerstörungsfreien Prüfung 3.1 Untersuchte Verfahren 3.2 Ultraschallverfahren 3.3 Durchstrahlungsverfahren 3.4 Messung des elektrischen Widerstands 3.5 Infrarotthermografie 3.6 Verfahrensauswahl 4 Anwendung der optisch angeregten Thermografie zur Schweißnahtprüfung 4.1 Herausforderungen bei der Messung von Kontaktierschweißverbindungen von Lithium-Ionen-Batterien 4.2 Narzisseffekt und Perspektivenkorrektur 4.3 Techniken der optischen Anregung 4.4 Signalaufbereitung durch Lockin-Verfahren 4.4.1 Lockin-Thermografie 4.4.2 Lockin-Thermografie im Nicht-Gleichgewichtszustand 5 Unterdrückung des Einflusses von Reflexionen bei der thermografischen Prüfung von Kontaktierverbindungen 5.1 Hintergrund 5.2 Lösungsansatz 5.3 Werkstoffauswahl 5.4 Erprobung 6 Kompensation des Einflusses lateraler Wärmeströme 6.1 Mehrdimensionaler Wärmefluss 6.2 Simulation des Einflusses lateraler Wärmeströme 6.2.1 Simulationsmodell 6.2.2 Simulationsresultate 6.3 Entwicklung eines Kompensationsalgorithmus 6.3.1 Ansatz 6.3.2 Ergebnis 6.3.3 Sensitivitätsanalyse 6.3.4 Fazit der simulativen Untersuchung des Kompensationsalgorithmus 6.4 Umsetzung und Verifikation des Kompensationsalgorithmus 6.4.1 Untersuchte Proben 6.4.2 Emissionsgradmessung 6.4.3 Ergebnisqualität 6.4.4 Grenzen des Algorithmus 7 Zusammenfassung 8 Ausblick / The electrical connection of a multitude of lithium-ion cells is of high importance for producing lithium-ion batteries. These connections are usually carried out with lap welds of steel, aluminium and copper sheets with a thickness of less than 2 mm. Due to its importance the electrical connection should be subject to non-destructive evaluation. Therefore, a suitable method was identified to evaluate the electrical connection. Technologies based on ultrasonic, radiographic and thermographic evaluation as well as measurement of electrical resistance have been studied regarding their potential to non-destructively test aforementioned lap welds. It was found that in the studied case state of the art technologies are limited by restraints regarding accessibility, cycle time and detectability of ctitical flaws. Therefore, a new technique for non-destructive testing of lap welds between cell connections, had to be be defined. Optically excited thermography was considered a promising approach. Optically excited thermography was applied successfully using a laser as excitation source and a photon detector camera to record infrared radiation. The application of the lock-in principle allowed significant noise reduction. It was shown that the evaluation of temperature sequences using the lock-in algorithm does not depend on a temperature signal that shows strict harmonic behaviour but could also be applied when the raw temperature sequence incorporated a trend. The application of newly developed radiation shields, which are transparent to the wavelengths of the excitation signal, but opaque to the wavelengths of infrared detection, allowed thermographic testing of metal surfaces in proximity to highly absorbing surfaces. A new algorithm was developed for evaluating thermographic sequences aimed at reducing the impact of lateral thermal flux. It was proven to increase the quality of thermographic results in terms of visual correlation to reference technologies and measurement uncertainty of the joined area. Overall, the improved technology was found to be feasible for non-destructive testing of lap welds in lithium-ion batteries.:1 Einleitung 1.1 Motivation und Ziel 1.2 Einführung in die Arbeit 2 Stand der Technik 2.1 Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge 2.1.1 Lithium-Ionen-Batterien im Vergleich zu anderen Energiespeichern in der Elektromobilität 2.1.2 Aufbau und Funktion von Lithium-Ionen-Batterien 2.2 Fertigungstechnik der Kontaktierung von Lithium-Ionen-Zellen 2.2.1 Kontaktierung von Lithium-Ionen-Zellen 2.2.2 Schweißverfahren zur Kontaktierung von Lithium-Ionen-Zellen 2.3 Schweißnahtanforderungen und -fehler 2.4 Zerstörungsfreie Prüfung von Kontaktierverbindungen 2.4.1 Qualitätssicherung von Kontaktierverbindungen 2.4.2 Anforderungen an zerstörungsfreie Prüfverfahren 2.4.3 Ultraschallprüfung 2.4.4 Durchstrahlungsprüfung 2.4.5 Messung des elektrischen Widerstands 2.4.6 Oberflächenprüfung 2.4.7 Infrarotthermografie 3 Vorauswahl eines geeigneten Verfahrens der zerstörungsfreien Prüfung 3.1 Untersuchte Verfahren 3.2 Ultraschallverfahren 3.3 Durchstrahlungsverfahren 3.4 Messung des elektrischen Widerstands 3.5 Infrarotthermografie 3.6 Verfahrensauswahl 4 Anwendung der optisch angeregten Thermografie zur Schweißnahtprüfung 4.1 Herausforderungen bei der Messung von Kontaktierschweißverbindungen von Lithium-Ionen-Batterien 4.2 Narzisseffekt und Perspektivenkorrektur 4.3 Techniken der optischen Anregung 4.4 Signalaufbereitung durch Lockin-Verfahren 4.4.1 Lockin-Thermografie 4.4.2 Lockin-Thermografie im Nicht-Gleichgewichtszustand 5 Unterdrückung des Einflusses von Reflexionen bei der thermografischen Prüfung von Kontaktierverbindungen 5.1 Hintergrund 5.2 Lösungsansatz 5.3 Werkstoffauswahl 5.4 Erprobung 6 Kompensation des Einflusses lateraler Wärmeströme 6.1 Mehrdimensionaler Wärmefluss 6.2 Simulation des Einflusses lateraler Wärmeströme 6.2.1 Simulationsmodell 6.2.2 Simulationsresultate 6.3 Entwicklung eines Kompensationsalgorithmus 6.3.1 Ansatz 6.3.2 Ergebnis 6.3.3 Sensitivitätsanalyse 6.3.4 Fazit der simulativen Untersuchung des Kompensationsalgorithmus 6.4 Umsetzung und Verifikation des Kompensationsalgorithmus 6.4.1 Untersuchte Proben 6.4.2 Emissionsgradmessung 6.4.3 Ergebnisqualität 6.4.4 Grenzen des Algorithmus 7 Zusammenfassung 8 Ausblick

Die Durchstrahlungsprüfung ist in der klassischen Materialprüfung aus guten Gründen seit Jahrzehnten etabliert, bietet sie doch als einziges zerstörungsfreies Verfahren die Möglichkeit einer direkten Bildgebung des Innern von Schweißnähten, Guss- und Werkstücken. In der zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen (ZfPBau) wird das Verfahren bislang nicht systematisch angewandt, obwohl sich dank Weiterentwicklungen insbesondere im Bereich der digitalen, mobilen Radiographie viele praktische Einsatzmöglichkeiten anbieten. Qualitätssicherung im Neubau, Schadensbewertung im Bestand oder die noninvasive Untersuchung von Spannbeton und Denkmalschutzbauten – die Palette ist breit gefächert. Mit der Radiographie ist eine eindeutige Abbildung, Vermessung und Identifikation von Einbauteilen, Bewehrungs- und Spannstahl möglich. Die zielführende Untersuchung von Rissen im Beton oder Restquerschnitten korrosiver Bewehrung ist ebenfalls denkbar und kann Stoff zukünftiger Forschungsarbeiten sein. Der Beitrag soll anhand von aktuellsten Praxisbeispielen das künftige Potential und auch die Anwendungsgrenzen des Verfahrens in der Praxis der ZfPBau demonstrieren.

No description available.

Ce travail de recherche propose l’algorithme de calcul pour la modélisation d’un scanner ultrasonore sans contact à ondes de surface. L’approche proposée permet de prendre en compte l’ouverture finie du récepteur, l’atténuation d’air et la réponse électrique he de l’ensemble émetteur-récepteur. Le milieu avec l’atténuation (air et milieu testé) est modélisé dans le domaine temporel à l’aide de la fonction de Green causale permettant la caractérisation large bande. Le réponse he est déterminée de manière expérimentale en utilisant la procédure spatialement développée, incluant la déconvolution des effets d’atténuation. Le modèle est implémenté numériquement en utilisant l’approche de la Représentation Discrète et les résultats obtenus sont validés expérimentalement. La technique chirp est utilisée afin d’améliorer le rapport signal/bruit. Il est démontré que lorsque l’atténuation dans l’air, la dimension de récepteur et la réponse he reconstituée avec précision sont correctement pris en compte, la réponse impulsionnelle du système peut être prédite avec l’erreur de 2-5 %. L’introduction de la taille du récepteur est essentielle pour la prédiction dans le champ proche. Le temps de calcul obtenu est considérablement plus court que le temps nécessaire pour les méthodes FEM. A l’aide de ce modèle l’influence des réglages du scanner est étudiée. Les résultats obtenus permettent de formuler des recommandations pour les réglages optimaux / In this research the time-domain model for the prediction of an acoustic field in an air-coupled, non-contact, surface wave scanner is proposed. The model takes into account the finite size of the aperture receiver, attenuation in air, and the electric response he of the emitter-receiver set he. The attenuation is characterized by a causal time-domain Green’s function, allowing the wideband attenuation of a lossy medium (air and solid tested sample) obeying the power law to be modelled. The response he is recovered experimentally using an original especially developed procedure which includes the deconvolution of air absorption effects. The model is implemented numerically using a Discrete Representation approach and validated experimentally. In order to improve the signal to noise ratio the chirp technique is used. It is shown that when the attenuation in air, the receiver size, and the accurately recovered response he, are correctly taken into account, the model allows the system’s impulse response to be very accurately predicted, with errors ranging between 2-5%. Inclusion of the size of the receiver dimension in the model appears to be crucial to the accuracy of the near field predictions. The obtained computation efficiency is much better that efficiency of FEM methods. The influence of typical user defined settings has been investigated. The obtained conclusions will be used as the recommendations for further use

L’évaluation des performances des procédures de Contrôle Non Destructifs (CND) en aéronautique est une étape clé dans l’établissement du dossier de certification de l’avion. Une telle démonstration de performances est faite à travers l’établissement de probabilités de détection (Probability Of Detection – POD), qui intègrent l’ensemble des facteurs influents et sources d’incertitudes inhérents à la mise en œuvre de la procédure. Ces études, basées sur des estimations statistiques faites sur un ensemble représentatif d’échantillons, reposent sur la réalisation d’un grand nombre d’essais expérimentaux (un minimum de 60 échantillons contenant des défauts de différentes tailles, qui doivent être inspectés par au moins 3 opérateurs [1]), afin de recueillir un échantillon suffisant pour une estimation statistique pertinente. Le coût financier associé est élevé, parfois prohibitif, et correspond majoritairement à la mise en œuvre des maquettes servant aux essais. Des travaux récents [2-5] ont fait émerger une approche de détermination de courbes POD utilisant la simulation des CND, notamment avec le logiciel CIVA. L’approche, dite de propagation d’incertitudes, consiste à : - Définir une configuration nominale d’inspection, - Identifier l’ensemble des paramètres influents susceptibles de varier dans l’application de la procédure, - Caractériser les incertitudes liées à ces paramètres par des lois de probabilités, - Réaliser un grand nombre de simulations par tirage aléatoire des valeurs prises par les paramètres variables selon les lois de probabilités définies. Le résultat de cet ensemble de simulations constitue enfin la base de données utilisée pour l’estimation des POD. Cette approche réduit de façon très importante les coûts d’obtention des POD mais est encore aujourd’hui sujette à discussions sur sa robustesse vis-à-vis des données d’entrée (les lois de probabilité des paramètres incertains) et sur la prise en compte des facteurs humains. L’objectif de cette thèse est de valider cette approche sur des cas d’application AIRBUS et d’en améliorer la robustesse afin de la rendre couramment utilisable au niveau industriel, notamment en la faisant accepter par les autorités de vol (FAA et EASA). Pour ce faire le thésard devra mener des campagnes de validations des codes de simulation des CND, mettre en œuvre la méthodologie décrite plus haut sur les cas d’application AIRBUS, puis proposer et mettre en œuvre des stratégies d’amélioration de la robustesse de la méthode vis-à-vis des données d’entrée et des facteurs liés à l’humain. / The performance assessment of non-destructive testing (NDT) procedures in aeronautics is a key step in the preparation of the aircraft's certification document. Such a demonstration of performance is done through the establishment of Probability of Detection (POD) laws integrating all sources of uncertainty inherent in the implementation of the procedure. These uncertainties are due to human and environmental factors in In-Service maintenance tasks. To establish experimentally these POD curves, it is necessary to have data from a wide range of operator skills, defect types and locations, material types, test protocols, etc. Obtaining these data evidences high costs and significant delays for the aircraft manufacturer. The scope of this thesis is to define a robust methodology of building POD from numerical modeling. The POD robustness is ensured by the integration of the uncertainties through statistical distributions issued from experimental data or engineering judgments. Applications are provided on titanium beta using high frequency eddy currents NDT technique. First, an experimental database will be created from three environments: laboratory, A321 aircraft and A400M aicraft. A representative sample of operators, with different certification levels in NDT technique, will be employed. Multiple inspection scenarios will be carried out to analyze these human and environmental factors. In addition, this study will take into account the impact of using different equipments in the HFEC test. This database is used, subsequently, to build statistical distributions. These distributions are the input data of the simulation models of the inspection. These simulations are implemented with the CIVA software. A POD module, based on the Monte Carlo method, is integrated into this software. This module will be applied to address human and ergonomic influences on POD. Additionally this module will help us to understand in a better way the equipment impact in POD curves. Finally, the POD model will be compared and validated with the experimental results developed.

Non-destructive testing (NDT) of glass-fibre reinforced polyester (GRP) composite materials has been becoming increasingly important due to their wide applications in engineering components and structures. Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI) has promising potential in this context because it is a non-contact, whole-field and real-time measurement system. This potential has never been fully exploited and there is only limited knowledge and understanding available in this area. This reality constrains the wide popularity and acceptance of ESPI as a novel NDT technique. Therefore it is of considerable importance to develop an understanding of the capability of ESPI with respect to damage evaluation in GRP composite materials. The research described in this thesis is concerned with an investigation into the applicability of ESPI in the NDT of GRP composite materials. Firstly, a study was carried out to determine excitation techniques in terms of practicality and effectiveness in the ESPI system. Three categories of defects were artificially introduced in GRP composite materials, namely holes, cracks and delaminations each with different geometrical features. ESPI was then employed to evaluate the three kinds of defects individually. It has been found that cracks and holes on back surfaces can be defined when the technique is used in conjunction with thermal excitation. Internal Temperature Differential (ITD) induced fringe patterns were more efficient than External Thermal Source (ETS) induced fringe patterns with regard to detecting the presence of holes and cracks. In the case of delamination, ESPI was found to be capable of detecting the damage when used in combination with mechanical excitation originating from a force transducer hammer. The geometrical features and magnitudes of delaminations were also established as being quantifiable. The validation of ESPI as an NDT technique was carried out in an attempt to establish a better understanding of its suitability and have more confidence in its applications. Four damaged specimens were Subjected to ESPI examination in conjunction with visual inspection, ultrasonic C-scan and sectioning techniques. The geometrical features and magnitudes of damage evaluated using ESPI showed a good correlation with those evaluated by conventional techniques. Poor visibility and readability is an inherent problem associated with ESP! due to an overlapping between the noise and signal frequencies. An improvement of image quality is expected in an attempt to achieve a wide acceptance of ESPI as a novel NDT technique. It has also been demonstrated that this problem can be tackled using optical phase stepping techniques in which optical phase data can be extracted from the intensity fringes. A three-frame optical phase stepping technique was employed to produce the "wrapped" and "unwrapped" phase maps which are capable of indicating internal damage with high visibility and clarity. Finally ESPI was practically employed to evaluate damage in GRP composites introduced by quasi-static and dynamic mechanical loading. It was found that ESP! was capable of monitoring the progressive damage development of specimens subjected to incremental flexural loading. The initial elastic response, damage initiation, propagation and ultimate failure of specimens were clearly characterised by the abnormal fringe pattern variations. In a similar manner, ESPI was employed to evaluate the low velocity falling weight impact induced damage. A correlation was established between the magnitude of damage and the impact event parameters as well as the residual flexural properties.

De nombreuses études ont été menées jusqu’ici afin d’analyser l’apport de la technique de génération acoustique par micro-ondes dans le domaine de l’évaluation et du contrôle non destructifs des structures mécaniques. Le caractère entièrement sans contact de cette nouvelle technique en ferait un moyen pouvant être adopté pour générer aisément des ondes acoustiques dans les matériaux diélectriques absorbants. Ce travail porte d’abord sur l’étude des vibrations latérales engendrées dans les barreaux viscoélastiques placés dans un guide d’ondes électromagnétiques contenant une ouverture sur l’une des faces latérales et soumis à de brèves excitations de micro-ondes. Un modèle paramétrique prédit la forme de l’élévation de la température à l’intérieur de l’échantillon. Ses résultats soulignent que l’utilisation des guides partiellement ouverts provoque une distribution asymétrique de la température générant ainsi des modes de flexion. Par ailleurs, un modèle numérique tridimensionnel par éléments finis a permis de mettre en évidence l’existence d’autres modes liés aux déformations des sections-droites lorsqu’elles sont soumises à une brusque dilatation thermique. Ensuite, l’élaboration de méthodes directes pour compléter l’évaluation des propriétés viscoélastiques des mêmes barreaux placés dans les guides conventionnels est considérée. Différents modèles analytiques sont construits pour analyser l’effet du coefficient de Poisson sur le rapport des vibrations induites dans les directions latérale et longitudinale d’une part, et sur la dispersion des ondes acoustiques de type traction compression d’autre part. Un algorithme d’optimisation permettant d’estimer le coefficient de Poisson et la partie réelle de la lenteur à valeurs complexes par une méthode inverse est élaboré puis appliqué dans le cas concret de deux barreaux polymériques. Enfin, une étude analytique et numérique par éléments finis est menée afin d’analyser les vibrations générées sur un défaut circulaire (trou) contenu dans une plaque et chauffé localement par des micro-ondes. Deux approches acoustiques sont construites pour prédire la forme de la zone chauffée par une température uniforme ou gaussienne. Une relation directe entre la taille du défaut et les fréquences de certains pics qui apparaissent sur les spectres des vibrations de la plaque ont été mises en évidence. Celle-ci conviendrait à l’élaboration d’une méthode inverse permettant de dimensionner ces types de défauts. / Many studies in the field of both nondestructive evaluation and testing of mechanical structures have been conducted so far by analyzing the contribution of the microwaves induce acoustic technique. This new non-contact technique can be easily adopted to generate acoustic waves in non-conducting materials. This work begins with studying the lateral vibrations generated within viscoelastic bars hold inside grooved electromagnetic waveguides and subjected to short microwave irradiations. A parametrical model is established in order to predict the shape of the temperature rise within the sample. Results emphasize the fact that these types of waveguides generate a sudden asymmetric temperature rise, which produces some flexural modes. Besides, the development of a 3D numerical model allow the prediction of new vibration modes which are related to the deformations of the bar cross-sections during the sudden thermal heating. Then, direct methods are developed to complete the assessment of the viscoelastic properties of bars placed inside conventional electromagnetic waveguides. Different analytical models are proposed to study the effects of the Poisson ratio either on the ratio between lateral and longitudinal vibrations or on the dispersion of longitudinal waves. An optimization algorithm that allows the Poisson ratio and the real part of the complex slowness evaluation by means of dispersion curves is elaborate before being applied in the specific case of two polymeric bars. Finally, analytical and numerical finite element methods are conducted to analyze the acoustic waves generated by a circular defect (hole) contained in a plate and heated locally by microwaves. Two acoustic approaches are performed to predict the temperature rise form. Furthermore, a nondestructive testing method is highlighted by a direct relationship between the size of the defect and the frequencies of some peaks that appear on the velocity spectra of the plate. This method could be applied to set up an inverse procedure that can be used to size these kinds of defects.

At launching the shell body, especially the backplane of the shell body, will be exposed to very high stresses due to acceleration, pressure and increased temperature from the propellant combustion. Defects in the shell body could in worst case for example result in high temperature gas leakage into the warhead and thereby ignite the explosives before exiting the launcher. This kind of explosion results in serious damages and can seriously injure both the gunner and other people in the surroundings. According to earlier study, carbon fibre reinforced epoxy with filament winding manufacturing method was the primary focus. The purpose of this master thesis was to investigate requirements and testing methods on a shell body manufactured in composite that will guarantee the safety of the gunner and surroundings in the launch phase. The pre-study conducted in this project showed that matrix cracks and fibre breakages are most common defects in the shell body that occur during launching affected by burst pressure. Matrix crack is the less dangerous defect among the impact damage types. Discussion with composite manufacturing companies showed that fibre breakage is a very serious type of defect since more breakage of fibres leads to the shell body have reduced stresses and cannot built-up the fully potential burst pressure during launching.   Two requirement specifications were carried out, one for the shell body and another for the detection methods. These were created by own research and ideas according to found information, telephone- and e-mail contact with experts in areas and with personnel at Saab Dynamics AB. Some requirements for the shell body were that it should be fully usable after drop tests from different heights, vibration and transportation tests yield no cyclic damage after a long transport. Furthermore, the shell body should always use a fully isolated driving band to not have hot explosive gases penetrated into critical sections which results in detonation already in the launcher barrel. The most important requirements for the detection methods were to have depth analysis, high reliability and in-field inspection.   Elimination- and decision matrices were made to find which detection methods should be the final selections in order to find the defects in a shell body. The detection methods which did not fulfil the criteria from each separate matrix were eliminated and did not proceed further as a concept. Eliminations were performed in concept generation phase (elimination matrix) and concept selection phase (decision matrix). In final selection phase a couple of methods were chosen that together found as many defects as possible.   By using both acoustic emission and shearography all the critical defects and a wide range of other defects can be detected with very high reliability and resolution at an acceptable cost. These two methods “interact” perfectly with each other. Acoustic emission is the best method to find fibre breakage and matrix cracks, which are the most commonly occurring defects during launching. But shearography does not have a good detectability of fibre breakage and matrix cracks. On the other hand, shearography has good detectability of both planar- and volumetric defects. It is concluded that only two inspection methods, i.e. acoustic emission and shearography are needed to detect all of the possible defects in the grenade shell body. This is more economical solution requiring smaller space and fewer operators compared to one separate NDT method for detecting each type of defect. / Vid utskjutning av granathylsan utsätts framförallt bakplanet, för mycket höga påfrestningar genom acceleration, tryck och förhöjd temperatur från krutförbränningen. Vid en genombränning av granatskalet skulle sprängämnet i verkansdelen kunna tändas redan i eldröret och orsaka en vapensprängning. Den här typen av explosion resulterar i allvarliga skador både för skytten samt folk i dess omgivning.   Med hänsyn till tidigare studier har det varit fokus på kolfiberförstärkt epoxi som är tillverkad av fiberlindning. Syftet var att utreda kravställningar och metoder för provning, som garanterar skyttens och omgivningens säkerhet i utskjutningsfasen av en granat tillverkad av kompositmaterial.   Från förstudien i denna rapport visade sig att matrissprickor och fiberbrott är de vanligaste defekter som uppstår i granathylsan under utskjutningsfasen där den största påverkan är ifrån explosionstrycket. Matrissprickor är de mindre farliga defekter av de som uppstår under intryckning. Diskussion med komposittillverkande företag visade att fiberbrott är en väldigt farlig typ av defekt eftersom fibrerna står för styrkan och brott av fibrer leder till att granathylsan klarar av att utsättas för lägre påfrestningar och kan inte hjälpa till att bygga upp det önskvärda trycket som önskas under utskjutningen.   Två kravspecifikationer utfärdades, en för granathylsan och en annan för detekteringsmetoderna. Dessa två skapades genom egen studie och idéer med hänsyn till hittad information, ifrån telefon- samt email kontakt med experter inom områdena samt med hjälp av personal på Saab Dynamics AB. Några krav som valdes för granathylsan var att den ska vara fullt användbar efter fallskärmsprovning från olika höjder, vibration- och transport tester för att inte få cykliska skador efter en lång transportering samt att alltid ha en fullt isolerad gördel så att inte de heta gaserna från explosivorna tänds redan i eldröret vilket orsakar vapensprängning. Några krav för detekteringsmetoder var att de ska kunna göra mätningar/analyser på djupet, ha hög trovärdighet samt vara portabel.   Eliminering- och beslutsmatriser gjordes för att hitta vilka detekteringsmetoder som skulle bli de slutliga valen i jakten på att finna defekterna i granathylsan. De metoder som inte uppfyllde kriterierna från respektive matris blev eliminerade. Elimineringen utfördes i faserna för konceptgenerering och konceptval. I slutliga valet valdes ett par lämpliga metoder som tillsammans hittar så många defekter som möjligt.   Genom att använda akustisk emission samt shearografi hittades samtliga kritiska defekter plus många andra som inte anses vara kritiska med väldigt hög trovärdighet och upplösning till ett mer acceptabelt pris. Metoderna samverkar väldigt bra med varandra eftersom akustisk emission är bästa metoden att hitta fiberbrott och matrissprickor vilket är vanligt förekommande i utskjutningsfasen. Shearografi har inte samma detekterbarhet på dem två defekterna men de har å andra sidan istället väldigt god detekterbarhet på både volymetriska- och plana defekter.   Slutsatsen är att endast två metoder behövdes för att finna alla defekter vilket blir mer ekonomiskt, tar mindre plats och behöver färre certifierade operatörer jämfört med om man ska ha en detekteringsmetod för att finna respektive defekt.

Ce travail porte sur la réalisation de capteurs interdigités (IDT pour InterDigital Transducer) sur des supports piézoélectriques. L’enjeu est double puisqu’il s’agit premièrement de disposer de capteurs efficaces pour générer des ondes de surface acoustiques (SAW pour Surface Acoustic Wave) afin de caractériser la qualité des revêtements et des surfaces de structures. Le deuxième objectif de cette étude est de rendre ces capteurs IDT flexibles afin qu’ils puissent s’adapter non seulement aux différentes géométries planes ou non mais aussi pour qu’ils soient capables de supporter les déformations des structures au cours de leur utilisation. En général, les matériaux piézoélectriques sont rigides et le caractère souple des matériaux est souvent en opposition avec les performances piézoélectriques de ces derniers ; nous avons donc développé des matériaux qui répondent à ces deux exigences : la performance piézoélectrique et la souplesse. Enfin, nous avons privilégié des technologies relativement bon marché pour développer ces capteurs afin d’envisager par la suite, un contrôle continu des structures en intégrant ces capteurs à demeure sur ces dernières. / This work deals with the realization of interdigital sensors (IDT for InterDigital Transducer) on piezoelectric substrates. There is a dual challenge since firstly, the aim is to have efficient sensors to generate surface acoustic waves (SAW) in order to characterize the quality of the coatings and structure surfaces. The second objective of this study is to make these IDT sensors flexible so as to adapt to different geometries of structures and to be able to put up with the deformations of structures in use. Typically, piezoelectric materials are rigid and the flexible nature of the materials is often in opposition to the piezoelectric performance of the latter. We developed materials that meet these two requirements: piezoelectricity and flexibility. Finally, we gave greater importance to relatively cheap technologies to develop these sensors because this allows then to consider continuous monitoring (structural health monitoring) by incorporating these sensors permanently on the structures to be tested.

Les CMC oxyde/oxyde sont de bons candidats pour des applications thermostructurales. Le comportement mécanique et les mécanismes d’endommagement de deux composites alumine/alumine à renforts tissés bi- et tridimensionnels ont été étudiés et comparés. La microstructure de ces CMC à matrice faible a été caractérisée à partir de porosimétrie et de CND, tel que thermographie IR, scan ultrasonore et tomographie X, ce qui a permis de mettre en évidence la présence de défauts initiaux. Le comportement mécanique en traction, ainsi qu’en compression dansle cas du CMC à renfort bidimensionnel, dans la direction des fibres ainsi que dans la direction ±45°, aété étudié à température ambiante. Afin d’exploiter pleinement ces essais, nous avons eu recours à plusieurs méthodes d’extensométrie et de suivi d’endommagement, telles que la thermographie IR et l’émission acoustique. Les propriétés mécaniques à rupture ainsi que le module de Young du CMC à renfort bidimensionnel développé à l’Onera se sont avérées supérieures à celles disponibles dans la littérature. Les mécanismes d’endommagement des matériaux ont été déterminés à partir d’observations post mortem au MEB et d’essais in situ dans un MEB, ce qui a permis d’évaluer la nocivité des défauts initiaux. Enfin, l’étude du comportement mécanique de ces composites a permisde proposer un modèle d’endommagement tridimensionnel qui permettra de poursuivre le développement de ces matériaux grâce à du calcul de structure. A l’issue de cette thèse, des pistes d’amélioration des procédés d’élaboration et de choix d’instrumentation à utiliser pour les futures études, notamment en ce qui concerne le suivi d’endommagement, ont également été proposées. / Oxide/oxide CMCs are good candidates for thermostructural applications. Themechanical behaviour and damage mechanisms of two alumina/alumina composites with two andthree dimensional woven reinforcements were studied and compared. The microstructure of theseweak matrix CMCs was characterized by porosimetry and NDT methods, such as IR thermography,ultrasound scanning and X-ray tomography, which highlighted initial defects. The mechanicalbehaviour was studied through tensile tests, as well as compression tests in the case of the twodimensionalreinforced CMC. These tests were conducted at room temperature, in the fibres directionsand in the ±45° direction. In order to fully exploit these tests, several extensometry and damagemonitoring methods, such as IR thermography and acoustic emission, were used. Young’s moduli andmaximum stresses and strains of the two-dimensional reinforced CMC developed at Onera appearedto be higher than those available in the literature. The damage mechanisms of the materials weredetermined by post mortem SEM observations and in situ testing in a SEM, which made it possible toassess the nocivity of initial defects. Studying the mechanical behaviour of these composites finallyenabled the development of a three-dimensional damage model that will facilitate the furtherdevelopment of such materials, through finite element analysis. Finally, some improvements regardingthe manufacturing processes and the instrumentation for damage monitoring were suggested forfuture studies.