Analyse de la libération d’énergie des sources d’émission acoustique pour la prévision de la durée de vie de CMC lors d’essais de fatigue statique en température

Acoustic emission-based approach for lifetime prediction of CMCs during static fatigue tests at high temperature

¹ INSA-Lyon, MATEIS CNRS UMR5510, 69621 Villeurbanne, France
e-mail : emmanuel.maillet@insa-lyon.fr; nathalie.godin@insa-lyon.fr
² SAFRAN Snecma Propulsion Solide, 33185 Le Haillan, France

Reçu : 27 Septembre 2011
Accepté : 21 Mars 2012

Résumé

Les composites à matrice céramique (CMC) sont des matériaux très prometteurs pour des applications structurales à hautes températures, dont les nouvelles générations de moteurs d’avions civils. Les durées de vie attendues en conditions de service sont de plusieurs dizaines de milliers d’heures, ce qui les rend inaccessibles par des essais de laboratoire. Ainsi, cet article propose une méthode de prévision de la durée de vie d’éprouvettes en CMC basée sur la détection des signes précurseurs de la rupture. Dans le cas des CMC, la complexité des phénomènes impliqués nécessite de développer une approche permettant une observation en temps réel de l’endommagement du matériau. L’émission acoustique (EA) apparaît ainsi comme une technique adaptée. À partir d’essais de fatigue statique réalisés à 450 °C et 500 °C sur des composites SiC_f/[Si-B-C], une approche basée sur l’EA a donc été développée. L’étude de la libération d’énergie associée aux événements d’EA a montré qu’un temps caractéristique existe entre 50 et 60 % du temps à rupture, après lequel la libération d’énergie peut être simulée par une loi de type puissance telle la loi de Benioff.

Abstract

Ceramic matrix composites (CMCs) are promising materials for high temperature structural applications, such as new generations of civil aircraft engines. Expected lifetimes under service conditions are of tens of thousands of hours, which make them unattainable using laboratory tests. Thus, the present paper proposes an approach to lifetime prediction based on the detection of early signs of failure. In CMCs, the complexity of phenomena involved requires real-time data on material damage. For that purpose, Acoustic Emission (AE) is a suitable technique. From static fatigue tests performed at 450 °C and 500 °C on SiC_f/[Si-B-C] composites, an AE-based approach was developed. The study of the energy release related to AE events showed that a characteristic time exists between 50 and 60% of the rupture time, after which the energy release could be approximated by a power law such as the Benioff law.