ISO 18249:2015

Non-destructive testing - Acoustic emission testing - Specific methodology and general evaluation criteria for testing of fibre-reinforced polymers

ISO 18249:2015 describes the general principles of acoustic emission testing (AT) of materials, components, and structures made of fibre-reinforced polymers (FRP) with the aim of - materials characterization, - proof testing and manufacturing quality control, - retesting and in-service testing, and - health monitoring. This International Standard has been designed to describe specific methodology to assess the integrity of fibre-reinforced polymers (FRP), components, or structures or to identify critical zones of high damage accumulation or damage growth under load (e.g. suitable instrumentation, typical sensor arrangements, and location procedures). It also describes available, generally applicable evaluation criteria for AT of FRP and outlines procedures for establishing such evaluation criteria in case they are lacking. ISO 18249:2015 also presents formats for the presentation of acoustic emission test data that allows the application of qualitative evaluation criteria, both online during testing and by post-test analysis, and that simplify comparison of acoustic emission test results obtained from different test sites and organizations. NOTE The structural significance of the acoustic emission cannot in all cases definitely be assessed based on AT evaluation criteria only but can require further testing and assessment (e.g. with other non-destructive test methods or fracture mechanics calculations).

Essai non destructif — Essai de l'émission acoustique — Méthodologie spécifique et critères d'évaluation générale d'essai des polymères renforcés de fibre

La présente Norme internationale décrit les principes généraux des essais d'émission acoustique (AT) des matériaux, composants et structures en polymères renforcés de fibres (PRF) dans le but de — la caractérisation des matériaux, — les essais de vérification et le contrôle de la qualité de la fabrication, — les nouveaux essais et les essais en cours d'utilisation, et — la surveillance de la santé. La présente Norme internationale a été conçue pour décrire une méthodologie spécifique permettant d'évaluer l'intégrité des polymères renforcés par des fibres (PRF), des composants ou des structures, ou d'identifier les zones critiques d'accumulation ou de croissance des dommages sous charge (par exemple, instrumentation appropriée, dispositions typiques des capteurs et procédures de localisation). Il décrit également les critères d'évaluation disponibles et généralement applicables pour l'AT des PRF et décrit les procédures pour établir de tels critères d'évaluation en cas d'absence. La présente Norme internationale présente également des formats de présentation des données d'essais d'émission acoustique qui permettent l'application de critères d'évaluation qualitatifs, à la fois en ligne pendant les essais et par analyse après les essais, et qui simplifient la comparaison des résultats d'essais d'émission acoustique obtenus sur différents sites d'essais et auprès de différents organismes. NOTE L'importance structurelle de l'émission acoustique ne peut pas dans tous les cas être définitivement évaluée sur la base des seuls critères d'évaluation AT, mais peut nécessiter des essais et des évaluations supplémentaires (par exemple avec d'autres méthodes d'essais non destructifs ou des calculs de mécanique de la rupture).

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 23-Apr-2015
• ICS: 19.100 - Non-destructive testing
• Technical Committee: ISO/TC 135/SC 9 - Acoustic emission testing
• Drafting Committee: ISO/TC 135/SC 9 - Acoustic emission testing
• Current Stage: 9093 - International Standard confirmed
• Start Date: 19-Jan-2021
• Completion Date: 27-Dec-2025

Overview

ISO 18249:2015 - Non-destructive testing - Acoustic emission testing - Specific methodology and general evaluation criteria for testing of fibre-reinforced polymers (FRP) - defines how to apply acoustic emission testing (AT) to materials, components and structures made from fibre-reinforced polymers. The standard covers AT uses including materials characterization, proof testing and manufacturing quality control, retesting and in‑service testing, and continuous or periodic health monitoring. It provides a FRP‑specific methodology for instrumentation, sensor arrangements, source location and data presentation, plus general evaluation criteria and formats for reporting acoustic emission test results.

Key topics and requirements

• Scope & objectives: AT for FRP for damage detection, integrity assessment and identification of high‑damage zones.
• Acoustic emission sources: Typical FRP failure mechanisms covered - matrix cracking, fibre/matrix debonding, fibre pull‑out, fibre breakage, delamination and micro‑fracture.
• Instrumentation & monitoring: Guidance on sensors, coupling and mounting, sensor spacing and typical arrays, waveform storage, detection thresholds and equipment characterisation.
• Wave propagation: Consideration of anisotropy, attenuation, mode and dispersion in FRP materials and effect of temperature and geometry on AE signals.
• Test methodology: Procedures for specimen, component and structure testing - test preparation, load profiles, written test procedures, stop criteria and real‑time monitoring graphs.
• Evaluation criteria & data formats: General criteria for qualitative AE evaluation, procedures to establish criteria where absent, and standardised formats to simplify comparison across sites and organisations.
• Personnel & competence: Recommends qualified personnel (e.g. per ISO 9712) and competent test laboratories.
• Limitations: Notes that AE evaluation criteria alone may not always determine structural significance and may require complementary NDT methods or fracture mechanics assessment.

Practical applications

• Manufacturing quality control: Proof testing and acceptance of FRP pressure vessels, tanks, pipelines and composite components.
• In-service inspection & health monitoring: Periodic or continuous AE monitoring of safety‑critical FRP structures (e.g. CNG/H2 cylinders, aerospace and civil components).
• Materials R&D: Characterization of damage mechanisms and validation of sensor layouts and AE processing methods for new composite layups.
• Comparative testing: Standardised reporting allows benchmarking of AE results between test sites and suppliers.

Who should use this standard

• NDT engineers and technicians performing acoustic emission testing on composites
• Structural and materials engineers working with FRP in aerospace, automotive, civil and energy sectors
• QA/QC teams and test laboratories involved in FRP certification, proof testing or health monitoring programs

Related standards

• ISO 9712 (NDT personnel qualification), ISO 12716 (AE vocabulary), ISO/IEC 17025 (laboratory competence)
• EN 13477‑1/2 (AE equipment characterisation), EN 14584 / EN 15495 (AE examination during proof testing)

Keywords: ISO 18249:2015, acoustic emission testing, non‑destructive testing, fibre‑reinforced polymers, FRP health monitoring, AE sensors, evaluation criteria.

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 18249
First edition
2015-05-01
Non-destructive testing — Acoustic
emission testing — Specific
methodology and general evaluation
criteria for testing of fibre-
reinforced polymers
Essai non destructif — Essai de l’émission acoustique —
Méthodologie spécifique et critères d’évaluation générale d’essai des
polymères renforcés de fibre
Reference number
©
ISO 2015
© ISO 2015
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Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2015 – All rights reserved

Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
4 Personnel qualification . 3
5 Acoustic emission sources and acoustic behaviour . 3
5.1 Acoustic emission source mechanisms . 3
5.2 Wave propagation and attenuation characterization . 3
5.3 Test temperature . 4
5.4 Source location . 4
5.5 Analysis of acoustic emission from fibre-reinforced polymers. 5
6 Instrumentation and monitoring guidelines . 5
6.1 Instrumentation . 5
6.2 Sensors . 6
6.3 Sensor location and spacing . 6
6.4 Sensor coupling and mounting . 6
6.5 Detection and evaluation threshold . 6
6.6 Application of load . 7
6.7 Graphs for real-time monitoring . 7
7 Specific methodology . 7
7.1 Size of component . 7
7.2 Testing of specimens . 8
7.3 Testing of components and structures . 8
7.3.1 Preliminary information . 8
7.3.2 Test preparation . 8
7.3.3 Load profiles . 9
7.3.4 Written test procedure .11
7.3.5 Evaluation criteria .12
7.3.6 Stop criteria .15
7.3.7 Health monitoring .16
8 Interpretation of acoustic emission test results/source mechanisms .16
9 Report .16
Bibliography .18
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of any
patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or on
the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical Barriers
to Trade (TBT), see the following URL: Foreword — Supplementary information.
The committee responsible for this document is ISO/TC 135, Non-destructive testing, Subcommittee
SC 9, Acoustic emission testing.
iv © ISO 2015 – All rights reserved

Introduction
The increasing use of fibre-reinforced polymer (FRP) materials in structural (e.g. aerospace, automotive,
civil engineering) and infrastructural applications (e.g. gas cylinders, storage tanks, pipelines) requires
respective developments in the field of non-destructive testing.
Because of its sensitivity to the typical damage mechanisms in FRP, acoustic emission testing (AT) is
uniquely suited as a test method for this class of materials.
It is already being used for load test monitoring (increasing test safety) and for proof-testing, periodic
testing and periodic or continuous, real-time monitoring (health monitoring) of pressure vessels,
storage tanks, and other safety-relevant FRP structures.
Acoustic emission testing shows potential where established non-destructive test methods
(e.g. ultrasonic testing or water-jacket tests) are not applicable (e.g. thick carbon-fibre reinforced gas
cylinders used for the storage and transport of compressed natural gas (CNG), gaseous hydrogen).
The general principles outlined in EN 13554 apply to all classes of materials but this International
Standard emphasizes applications to metallic components (see EN 13554:2011, Clause 6).
However, the properties of FRP relevant to AT testing are distinctly different from those of metals.
FRP structures are inherently non-homogeneous and show a certain degree of anisotropic behaviour,
depending on fibre orientation and stacking sequence of plies, respectively.
Material composition and properties, and geometry affect wave propagation, e.g. mode, velocity,
dispersion, and attenuation, and hence the AT signals recorded by the sensors.
Composites with a distinct viscoelastic polymer matrix (e.g. thermoplastics) possess a comparatively high
acoustic wave attenuation which is dependent on wave propagation parallel or perpendicular to the direction
of fibre orientation, plate wave mode, frequency, and temperature-dependent relaxation behaviour.
Therefore, successful AT of FRP materials, components, and structures requires a specific methodology
(e.g. storage of complete waveforms, specific sensors and sensor arrays, specific threshold settings,
suitable loading patterns, improved data analysis), different from that applied to metals.
There are recent developments in acoustic emission testing, e.g. modal AT (wave and wave mode analysis
in time and frequency domain) and pattern recognition analysis.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 18249:2015(E)
Non-destructive testing — Acoustic emission testing —
Specific methodology and general evaluation criteria for
testing of fibre-reinforced polymers
1 Scope
This International Standard describes the general principles of acoustic emission testing (AT) of
materials, components, and structures made of fibre-reinforced polymers (FRP) with the aim of
— materials characterization,
— proof testing and manufacturing quality control,
— retesting and in-service testing, and
— health monitoring.
This International Standard has been designed to describe specific methodology to assess the integrity
of fibre-reinforced polymers (FRP), components, or structures or to identify critical zones of high
damage accumulation or damage growth under load (e.g. suitable instrumentation, typical sensor
arrangements, and location procedures).
It also describes available, generally applicable evaluation criteria for AT of FRP and outlines procedures
for establishing such evaluation criteria in case they are lacking.
This International Standard also presents formats for the presentation of acoustic emission test data
that allows the application of qualitative evaluation criteria, both online during testing and by post-test
analysis, and that simplify comparison of acoustic emission test results obtained from different test
sites and organizations.
NOTE The structural significance of the acoustic emission cannot in all cases definitely be assessed based on
AT evaluation criteria only but can require further testing and assessment (e.g. with other non-destructive test
methods or fracture mechanics calculations).
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 9712:2012, Non-destructive testing — Qualification and certification of NDT personnel
ISO 12716:2001, Non-destructive testing — Acoustic emission inspection — Vocabulary
ISO/IEC 17025:2005, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
EN 13477-1:2001, Non-destructive testing — Acoustic emission — Equipment characterisation — Part 1:
Equipment description
EN 13477-2:2010, Non-destructive testing — Acoustic emission — Equipment characterisation — Part 2:
Verification of operating characteristics
EN 14584, Non-destructive testing — Acoustic emission — Examination of metallic pressure equipment
during proof testing — Planar location of AE sources
EN 15495, Non-destructive testing — Acoustic emission — Examination of metallic pressure equipment
during proof testing — Zone location of AE sources
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 12716:2001 and the
following apply.
3.1
fibre
slender and greatly elongated solid material
Note 1 to entry: Typically with an aspect ratio greater than 5 and tensile modulus greater than 20 GPa. The fibres
used for continuous (filamentary) or discontinuous reinforcement are usually glass, carbon, or aramide.
3.2
polymer matrix
surrounding macromolecular substance within which fibres are embedded
Note 1 to entry: Polymer matrices are usually thermosets (e.g. epoxy, vinylester polyimide, or polyester) or high-
performance thermoplastics [e.g. poly(amide imide), poly(ether ether ketone), or polyimide]. The mechanical
properties of polymer matrices are significantly affected by temperature, time, aging, and environment.
3.3
fibre laminate
two-dimensionally element made up of two or more layers (plies of the same material with identical
orientation) from fibre-reinforced polymers
Note 1 to entry: They are compacted by sealing under heat and/or pressure. Laminates are stacked together by
plane (or curved) layers of unidirectional fibres or woven fabric in a polymer matrix. Layers can be of various
thicknesses and consist of identical or different fibre and polymer matrix materials. Fibre orientation can vary
from layer to layer.
3.4
fibre-reinforced polymer material
FRP
polymer matrix composite with one or more fibre orientations with respect to some reference direction
Note 1 to entry: Those are usually continuous fibre laminates. Typical as-fabricated geometries of continuous
fibres include uniaxial, cross-ply, and angle-ply laminates or woven fabrics. FRPs are also made from discontinuous
fibres such as short fibre, long-fibre, or random mat reinforcement.
3.5
delamination
intra- or inter-laminar fracture (crack) in composite materials under different modes of loading
Note 1 to entry: Delamination mostly occurs between the fibre layers by separation of laminate layers with the
weakest bonding or the highest stresses under static or repeated cyclic stresses (fatigue), impact, etc. Delamination
involves a large number of micro-fractures and secondary effects such as rubbing between fracture surfaces. It
develops inside of the composite, without being noticeable on the surface and it is often connected with significant
loss of mechanical stiffness and strength.
3.6
micro-fracture (of composites)
occurrence of local failure mechanisms on a microscopic level, such as matrix failure (crazing, cracking),
fibre/matrix interface failure (debonding), or fibre pull-out, as well as fibre failure (breakage, buckling)
Note 1 to entry: It is caused by local overstress of the composite. Accumulation of micro-failures leads to macro-
failure and determines ultimate strength and life-time.
2 © ISO 2015 – All rights reserved

4 Personnel qualification
It is assumed that acoustic emission testing is performed by qualified and capable personnel. In order to
prove this qualification, it is recommended to qualify the personnel in accordance with ISO 9712.
5 Acoustic emission sources and acoustic behaviour
5.1 Acoustic emission source mechanisms
Damage of FRP as a result of micro- and macro-fracture mechanisms produces high acoustic emission
activity and intensity making it particularly suitable for acoustic emission testing (AT).
The following are the common failure mechanisms in FRP detected by AT:
— matrix cracking;
— fibre/matrix interface debonding;
— fibre pull-out;
— fibre breakage;
— intra- or inter-laminar crack (delamination/splitting) propagation.
The resulting acoustic emission from FRP depends on many factors, such as material components,
laminate lay-up, manufacturing process, discontinuities, applied load, geometry, and environmental
test conditions (temperature, humidity, exposure to fluid or gaseous media, or ultraviolet radiation).
Therefore, interpretation of acoustic emission under given conditions requires understanding of these
factors and experience with acoustic emission from the particular material and construction under
known stress conditions.
Fracture of FRP produces burst type acoustic emission, high activity; however, might give the appearance
of continuous emission.
For certain types of construction, widely distributed AE sources from matrix or interfacial micro-
failure mechanisms under given conditions commonly represent a normal behaviour. This particularly
appears during the first loading of a newly manufactured FRP structure, where the composite strain for
detection of first significant acoustic emission is in the range of 0,1 % to 0,3 %.
High stiffness optimized composites might shift the onset of first significant acoustic emission towards
comparatively high stresses due to the low matrix strain in the composite.
In the case of high-strength composites, acoustic emission from first fibre breakage, apart from other
sources, is normally observed at stress levels of about 40 % to 60 % of the ultimate composite strength.
A normal behaviour of FRP structures is also characterized by the occurrence of different regions with
alternating higher and lower AE activity, particularly at higher stress levels due to redistribution of
local stress.
In the case of a serious discontinuity or other severe stress concentration that influence the failure
behaviour of FRP structures, AE activity will concentrate at the affected area, thereby providing a
method of detection.
Conversely, discontinuities in areas of the component that remain unstressed as a result of the test and
discontinuities that are structurally insignificant will not generate abnormal acoustic emission.
5.2 Wave propagation and attenuation characterization
Acoustic emission signals from waves travelling in large objects are influenced by dispersion and
attenuation effects.
Polymer matrix composites are inhomogeneous and often anisotropic materials and, in many
applications, designed as thin plates or shells. Wave propagation in thin plates or shells is dominated
by plate wave modes (e.g. Lamb waves). The anisotropy is mainly the result of volume and orientation
of fibres. This affects wave propagation by introducing directionality into the velocity, attenuation, and
large dispersion of plate waves.
Propagation of acoustic waves in FRP results in a significant change of amplitude and frequency content
with distance. The extent of these effects will depend upon direction of propagation, material properties,
thickness, and geometry of the test object.
Attenuation characterization measurement on representative regions of the test objects in accordance
with EN 14584 shall be performed.
The shadowing effect of nozzles and ancillary attachments shall be quantified and transmission through
the test fluid shall be taken into consideration.
The attenuation shall be measured in various directions and, if known, in particular parallel and
perpendicular to the principal directions of fibre orientation. In the case of a partly filled test object, the
attenuation shall be measured above and below the liquid level.
For FRP laminate structures, losses of burst signal peak amplitudes might be in the range of 20 dB to 50
dB after wave propagation of about 500 mm. Attenuation perpendicular to the fibre direction is usually
much higher than in the parallel direction.
NOTE The peak amplitude from a Hsu-Nielsen source can vary with specific viscoelastic properties of the
FRP material in different regions of a structure.
5.3 Test temperature
The mechanical (stiffness, strength) and acoustical (wave velocity, attenuation) behaviour of FRP
structures and, hence, their AE activity and AE wave characteristic (waveforms, spectra) strongly
changes if the test temperature approaches transition temperature ranges of the matrix, such as the
ductile-brittle transition (ß-relaxation of semi-crystalline matrices) or the glass-rubber transition
(α-relaxation of amorphous matrices).
Therefore, the test temperature has to be considered for data evaluation and interpretation of AE test
results, as well as in the loading procedure.
5.4 Source location
Accurate source location in FRP structures is difficult. Due to the high attenuation in composite
materials, the AE hits only the nearest sensor in most practical monitoring situations on structures. For
this reason, zone location is usually the main source of location information. The use of zone location,
however, does not prevent linear or planar location of AE sources that have sufficient energy to hit several
sensors to allow location by time arrival differences. Linear or planar location is a useful supplement,
predominantly for the location of higher energy emissions. Great care shall be taken with both methods
where timing information is used for location since the velocity of sound and attenuation will usually
change with the direction of propagation in FRP.
An additional caution when using location methods on FRP has to be taken because of the very high
emission rates (hit overlapping).
Bearing in mind the above sensor separation and positioning should be set appropriately taking the
following into account:
a) sensor frequency range:
Lower frequencies give a larger detection range but might result in the pickup of unwanted noise
sources. Practical FRP testing typically uses high-frequency sensors (100 kHz to 300 kHz) to provide
4 © ISO 2015 – All rights reserved

local area monitoring of high stress areas and low-frequency sensors (30 kHz to 60 kHz) to provide
global coverage. It is common to use two frequency ranges simultaneously.
Typical detection ranges on FRP plates are as follows: 150 kHz for 400 mm to 700 mm, 60 kHz for
600 mm to 1200 mm, and 30 kHz for 900 mm to 2000 mm or more, depending on the material.
For research into AE source mechanisms, use of wideband sensors might be preferable.
b) directionality of propagation and attenuation:
More sensors might be required in one direction as a result of higher attenuation. Application of location
techniques that meet direction-dependent wave velocities will achieve better location accuracy. Where
the system software cannot handle directional velocities, the use of virtual sensor positioning might
improve location performance. Checking source location with Hsu-Nielsen or other simulated acoustic
emission sources is recommended to achieve useful results.
c) location performance:
Where planar location of lower energy emissions is a requirement, more sensors are necessary to obtain
the required three hits.
Planar location is especially useful on small specimens or in the case where a local area of a structure is
of particular interest.
5.5 Analysis of acoustic emission from fibre-reinforced polymers
The following types of analysis are applicable:
a) hit, energy, and RMS based processing:
For most testing applications, where the component under test should not be close to failure, the signal
processing of acoustic emission from FRP does not differ significantly from that required for metals.
The main differences are that high-frequency signals are significantly shorter due to the absence of
reverberation. Once damage initiates, the rate of emission will be significantly higher than for metals.
These factors require the monitoring system to be set so as to process appropriately, by using shorter
discrimination times for example. It is possible that very significant damage might appear as a continuous
signal on hit based analysis, for this reason, supplementary processing should always be used, using for
example, the RMS or ASL levels, or the absolute energy measured as a continuous parameter.
b) real-time analysis:
Real-time analysis of the detected acoustic emission and the application of defined criteria is normal
practice and essential whenever the monitoring is required to feedback for the safe progressive
application of load. Real-time graphs shall provide all AE and other parameters that are necessary to
make a decision about the need to stop the test, if necessary.
c) post-test analysis:
Post-test analysis is applied to obtain a more insight into the acquired data, to filter known noise sources,
and in production applications where real-time analysis might not have been used.
6 Instrumentation and monitoring guidelines
6.1 Instrumentation
Instrumentation components (hardware and software) shall conform to the requirements of EN 13477-
1 and EN 13477-2.
The equipment shall be able to fulfill the data acquisition and analysis according to the written test
instruction in real-time.
6.2 Sensors
The selection of AE sensor frequency depends on aim of AT and the factors described in 5.4.
For the investigation of damage mechanisms and wave propagation, wideband sensors might be more
appropriate; however, this also introduces the additional variable of plate waves travelling at different
velocities as a function of frequency.
Care should be taken when selecting wideband sensors that their characteristics are appropriate for the
laminate thickness and that their potentially lower sensitivity is taken into account.
6.3 Sensor location and spacing
The sensor location when not defined by an applicable code will generally be determined as follows:
a) 150 kHz sensors monitoring the high stress areas of the structure;
b) Where the 150 kHz sensors do not provide the full coverage, 30 kHz to 60 kHz sensors are used to
monitor the remaining test areas, bearing in mind that these might be susceptible to extraneous noise;
c) The distance between sensors is determined based on attenuation measurement in different
directions and shall follow the guidelines for maximum allowed sensor distance ― dmax ― for
planar location (EN 14584) or zone location (EN 15495).
The evaluation threshold is defined in 6.5.
6.4 Sensor coupling and mounting
For good transfer of acoustic waves, sensors shall be coupled using agents that do not chemically or
physically react with the composite (e.g. by causi
...

Norme
internationale
ISO 18249
Première édition
Essai non destructif — Essai
2015-05-01
de l'émission acoustique —
Méthodologie spécifique et critères
d'évaluation générale d'essai des
polymères renforcés de fibre
Non-destructive testing — Acoustic emission testing — Specific
methodology and general evaluation criteria for testing of fibre-
reinforced polymers
Numéro de référence
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Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
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E-mail: [e-mail]
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Qualification du personnel . 3
5 Sources d'émissions acoustiques et comportement acoustique . 3
5.1 Mécanismes des sources d'émission acoustique .3
5.2 Caractérisation de la propagation des ondes et de l'atténuation .4
5.3 Température d'essai .4
5.4 Localisation de la source .4
5.5 Analyse des émissions acoustiques des polymères renforcés par des fibres .5
6 Lignes directrices en matière d'instrumentation et de surveillance . 6
6.1 Appareillage .6
6.2 Capteurs . . .6
6.3 Emplacement et espacement des capteurs .6
6.4 Couplage et montage du capteur .6
6.5 Seuil de détection et d'évaluation .7
6.6 Application de la charge .7
6.7 Graphiques pour un suivi en temps réel .8
7 Méthodologie spécifique . 8
7.1 Taille du composant .8
7.2 Essai des spécimens .8
7.3 Essai des composants et des structures .9
7.3.1 Informations préliminaires .9
7.3.2 Préparation de l'essai .9
7.3.3 Profils de soutirage .9
7.3.4 Procédure d'essai écrite . 12
7.3.5 Critères d’évaluation . 12
7.3.6 Critères d'arrêt . 15
7.3.7 Surveillance de la santé . 15
8 Interprétation des résultats des essais d'émission acoustique/mécanismes de source .15
9 Rapport .16
Bibliographie . 17

iii
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes nationaux
de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire
partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux. L’ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les
références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l'élaboration du
document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de brevets reçues par l'ISO
(voir www.iso.org/brevets).
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information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation
de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion de l'ISO aux principes de l'Organisation
mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien
suivant: Avant-propos - Informations complémentaires.
Le comité responsable de ce document est l'ISO/TC 135, Essais non destructifs, Sous-comité SC 9, Essais
d'émission acoustique.
iv
Introduction
L'utilisation croissante de matériaux polymères renforcés de fibres (PRF) dans des applications structurelles
(aérospatiale, automobile, génie civil) et infrastructurelles (bouteilles de gaz, réservoirs de stockage,
pipelines) nécessite des développements respectifs dans le domaine des essais non destructifs.
En raison de sa sensibilité aux mécanismes d'endommagement typiques des PRF, le test d'émission
acoustique (TA) est une méthode d'essai particulièrement adaptée à cette catégorie de matériaux.
Il est déjà utilisé pour la surveillance des essais de charge (ce qui accroît la sécurité des essais) et pour les
épreuves, les essais périodiques et la surveillance périodique ou continue en temps réel (surveillance de l'état
de santé) des appareils à pression, des réservoirs de stockage et d'autres structures en PRFV présentant un
intérêt pour la sécurité.
Les essais d'émission acoustique présentent un potentiel dans les cas où les méthodes d'essai non
destructives établies (par exemple, les essais par ultrasons ou les essais avec poche à eau) ne sont pas
applicables (par exemple, les bouteilles de gaz épaisses renforcées de fibres de carbone utilisées pour le
stockage et le transport du gaz naturel comprimé (GNC), de l'hydrogène gazeux).
Les principes généraux énoncés dans EN 13554 s'appliquent à toutes les classes de matériaux, mais la présente
norme internationale met l'accent sur les applications aux composants métalliques (voir EN 13554:2011,
Article 6).
Cependant, les propriétés des PRF qui sont pertinentes pour les essais AT sont nettement différentes de
celles des métaux.
Les structures FRP sont intrinsèquement non homogènes et présentent un certain degré de comportement
anisotrope, en fonction de l'orientation des fibres et de la séquence d'empilement des plis, respectivement.
La composition et les propriétés des matériaux, ainsi que la géométrie, affectent la propagation des ondes,
par exemple le mode, la vitesse, la dispersion et l'atténuation, et donc les signaux AT enregistrés par les
capteurs.
Les composites à matrice polymère viscoélastique distincte (par exemple, les thermoplastiques) possèdent
une atténuation des ondes acoustiques comparativement élevée qui dépend de la propagation des ondes
parallèlement ou perpendiculairement à la direction de l'orientation des fibres, du mode d'onde de la plaque,
de la fréquence et du comportement de relaxation dépendant de la température.
Par conséquent, la réussite de l'AT des matériaux, composants et structures en PRF nécessite une
méthodologie spécifique (par exemple, stockage de formes d'ondes complètes, capteurs et réseaux de
capteurs spécifiques, réglages de seuils spécifiques, modèles de chargement appropriés, analyse améliorée
des données), différente de celle appliquée aux métaux.
Les essais d'émissions acoustiques ont connu des développements récents, par exemple l'AT modal (analyse
des ondes et des modes d'ondes dans le domaine temporel et fréquentiel) et l'analyse par reconnaissance des
formes.
v
Norme internationale ISO 18249:2015(fr)
Essai non destructif — Essai de l'émission acoustique —
Méthodologie spécifique et critères d'évaluation générale
d'essai des polymères renforcés de fibre
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale décrit les principes généraux des essais d'émission acoustique (AT) des
matériaux, composants et structures en polymères renforcés de fibres (PRF) dans le but de
— la caractérisation des matériaux,
— les essais de vérification et le contrôle de la qualité de la fabrication,
— les nouveaux essais et les essais en cours d'utilisation, et
— la surveillance de la santé.
La présente Norme internationale a été conçue pour décrire une méthodologie spécifique permettant
d'évaluer l'intégrité des polymères renforcés par des fibres (PRF), des composants ou des structures, ou
d'identifier les zones critiques d'accumulation ou de croissance des dommages sous charge (par exemple,
instrumentation appropriée, dispositions typiques des capteurs et procédures de localisation).
Il décrit également les critères d'évaluation disponibles et généralement applicables pour l'AT des PRF et
décrit les procédures pour établir de tels critères d'évaluation en cas d'absence.
La présente Norme internationale présente également des formats de présentation des données d'essais
d'émission acoustique qui permettent l'application de critères d'évaluation qualitatifs, à la fois en ligne
pendant les essais et par analyse après les essais, et qui simplifient la comparaison des résultats d'essais
d'émission acoustique obtenus sur différents sites d'essais et auprès de différents organismes.
NOTE L'importance structurelle de l'émission acoustique ne peut pas dans tous les cas être définitivement évaluée
sur la base des seuls critères d'évaluation AT, mais peut nécessiter des essais et des évaluations supplémentaires (par
exemple avec d'autres méthodes d'essais non destructifs ou des calculs de mécanique de la rupture).
2 Références normatives
Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de façon normative dans le présent document
et sont indispensables à son application. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 9712:2012, Essais non destructifs — Qualification et certification du personnel END
ISO 12716:2001, Essais non destructifs — Contrôle par émission acoustique — Vocabulaire
ISO/IEC 17025:2005, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnages et d’essais
EN 13477-1:2001, Essais non destructifs — Émission acoustique — Caractérisation de l’équipement —
Partie 1: Description de l’équipement
EN 13477-2:2010, Essais non destructifs — Émission acoustique — Caractérisation de l’équipement —
Partie 2: Vérifications des caractéristiques de fonctionnement
EN 14584, Essais non destructifs — Essais d’émission acoustique — Contrôle des équipements métalliques sous
pression pendant l’épreuve — Localisation planaire des sources d’EA

EN 15495, Essais non destructifs — Émission acoustique — Vérification des équipements métalliques sous
pression pendant l’épreuve — Localisation par zone des sources d’EA
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l'ISO 12716:2001 ainsi que les suivants
s'appliquent.
3.1
fibre
matière solide mince et très allongée
Note 1 à l'article: Généralement avec un rapport d'aspect supérieur à 5 et un module de traction supérieur à 20 GPa.
Les fibres utilisées pour le renforcement continu (filamentaire) ou discontinu sont généralement en verre, en carbone
ou en aramide.
3.2
matrice polymère
substance macromoléculaire environnante dans laquelle les fibres sont intégrées
Note 1 à l'article: Les matrices polymères sont généralement des thermodurcissables (par exemple époxy, polyimide
vinylester ou polyester) ou des thermoplastiques à haute performance (par exemple poly(amide-imide), poly(éther-
éther-cétone) ou polyimide). Les propriétés mécaniques des matrices polymères sont fortement influencées par la
température, le temps, le vieillissement et l'environnement.
3.3
stratifié de fibres
élément bidimensionnel constitué de deux ou plusieurs couches (plis du même matériau avec une orientation
identique) de polymères renforcés de fibres
Note 1 à l'article: Ils sont compactés par scellement sous l'effet de la chaleur et/ou de la pression. Les stratifiés sont
empilés par des couches planes (ou courbes) de fibres unidirectionnelles ou de tissus dans une matrice polymère. Les
couches peuvent être de différentes épaisseurs et se composer de fibres identiques ou différentes et de matériaux de
matrice polymère. L'orientation des fibres peut varier d'une couche à l'autre.
3.4
matériau polymère renforcé par des fibres
FRP
composite à matrice polymère avec une ou plusieurs orientations des fibres par rapport à une certaine
direction de référence
Note 1 à l'article: Il s'agit généralement de stratifiés à fibres continues. Les géométries typiques des fibres continues
telles qu'elles sont fabriquées comprennent les stratifiés ou les tissus uniaxiaux, croisés et angulaires. Les PRF
sont également constitués de fibres discontinues, telles que les fibres courtes, les fibres longues ou les matelas de
renforcement aléatoires.
3.5
délaminage
la rupture (fissure) intra- ou inter-laminaire dans les matériaux composites sous différents modes de
chargement
Note 1 à l'article: Le délaminage se produit principalement entre les couches de fibres par la séparation des couches
de stratifié ayant la liaison la plus faible ou les contraintes les plus élevées sous l'effet de contraintes statiques ou
cycliques répétées (fatigue), d'un impact, etc. Le décollement implique un grand nombre de micro-fractures et d'effets
secondaires tels que le frottement entre les surfaces de rupture. Elle se développe à l'intérieur du composite, sans être
visible en surface, et est souvent liée à une perte significative de rigidité mécanique et de résistance.

3.6
micro-fracture (des composites)
l'apparition de mécanismes de défaillance locaux au niveau microscopique, tels que la défaillance de la
matrice (fissuration, craquelure), la défaillance de l'interface fibre/matrice (décollement) ou l'arrachement
des fibres, ainsi que la défaillance des fibres (rupture, flambage)
Note 1 à l'article: Elle est causée par une surcharge locale du composite. L'accumulation de micro-défaillances conduit
à une macro-défaillance et détermine la résistance ultime et la durée de vie.
4 Qualification du personnel
Il est supposé que les essais d'émission acoustique sont effectués par du personnel qualifié et compétent.
Afin de prouver cette qualification, il est recommandé de qualifier le personnel conformément à ISO 9712.
5 Sources d'émissions acoustiques et comportement acoustique
5.1 Mécanismes des sources d'émission acoustique
Les dommages causés aux PRF par les mécanismes de micro- et macro-fracture produisent une activité et
une intensité d'émission acoustique élevées, ce qui les rend particulièrement adaptés aux essais d'émission
acoustique (AT).
Les mécanismes de défaillance les plus courants détectés par l'AT sont les suivants:
— fissuration de la matrice;
— décollement de l'interface fibre/matrice;
— l'arrachage des fibres;
— la rupture des fibres;
— la propagation de fissures intra- ou inter-laminaires (délaminage/fractionnement).
Les émissions acoustiques des PRF dépendent de nombreux facteurs, tels que les composants du matériau,
la composition du stratifié, le processus de fabrication, les discontinuités, la charge appliquée, la géométrie
et les conditions environnementales de l'essai (température, humidité, exposition à des fluides ou à des gaz,
ou à des rayons ultraviolets). Par conséquent, l'interprétation de l'émission acoustique dans des conditions
données nécessite la compréhension de ces facteurs et l'expérience de l'émission acoustique du matériau et
de la construction en question dans des conditions de contrainte connues.
La rupture du PRF produit une émission acoustique de type rafale, à haute activité; cependant, elle peut
donner l'impression d'une émission continue.
Pour certains types de construction, des sources d'EÀ largement réparties provenant de mécanismes de
micro-défaillance matricielle ou interfaciale dans des conditions données représentent généralement un
comportement normal. Cela apparaît particulièrement lors du premier chargement d'une structure FRP
nouvellement fabriquée, où la déformation du composite pour la détection de la première émission
acoustique significative est comprise entre 0,1 % et 0,3 %.
Les composites optimisés pour une rigidité élevée pourraient déplacer le début de la première émission
acoustique significative vers des contraintes comparativement élevées en raison de la faible déformation de
la matrice dans le composite.
Dans le cas des composites à haute résistance, l'émission acoustique provenant de la première rupture des
fibres, en dehors d'autres sources, est normalement observée à des niveaux de contrainte d'environ 40 % à
60 % de la résistance ultime du composite.

Le comportement normal des structures en PRFV se caractérise également par l'apparition de différentes
régions où l'activité AE est alternativement plus élevée et plus faible, en particulier à des niveaux de
contrainte plus élevés en raison de la redistribution de la contrainte locale.
Dans le cas d'une discontinuité grave ou d'une autre concentration de contraintes importantes qui
influencent le comportement de défaillance des structures FRP, l'activité AE se concentrera sur la zone
affectée, fournissant ainsi une méthode de détection.
Inversement, les discontinuités dans les zones du composant qui ne sont pas sollicitées à la suite de l'essai et
les discontinuités qui sont structurellement insignifiantes ne génèrent pas d'émission acoustique anormale.
5.2 Caractérisation de la propagation des ondes et de l'atténuation
Les signaux d'émission acoustique provenant d'ondes se propageant dans de grands objets sont influencés
par des effets de dispersion et d'atténuation.
Les composites à matrice polymère sont des matériaux inhomogènes et souvent anisotropes et, dans de
nombreuses applications, ils sont conçus comme des plaques minces ou des coquilles. La propagation des
ondes dans les plaques minces ou les coquilles est dominée par les modes d'ondes de la plaque (par exemple
les ondes de Lamb). L'anisotropie résulte principalement du volume et de l'orientation des fibres. Cela affecte
la propagation des ondes en introduisant une directionnalité dans la vitesse, l'atténuation et la grande
dispersion des ondes de plaque.
La propagation des ondes acoustiques dans les PRFV entraîne une modification significative de l'amplitude
et de la fréquence en fonction de la distance. L'ampleur de ces effets dépend de la direction de propagation,
des propriétés des matériaux, de l'épaisseur et de la géométrie de l'objet testé.
Des mesures de caractérisation de l'atténuation sur des régions représentatives des objets d'essai
conformément à EN 14584 doivent être effectuées.
L'effet d'ombre des buses et des accessoires auxiliaires doit être quantifié et la transmission par le fluide
d'essai doit être prise en considération.
L'atténuation est mesurée dans différentes directions et, si elles sont connues, en particulier parallèlement
et perpendiculairement aux directions principales d'orientation des fibres. Dans le cas d'un objet d'essai
partiellement rempli, l'atténuation doit être mesurée au-dessus et au-dessous du niveau du liquide.
Pour les structures stratifiées en PRFV, les pertes d'amplitudes de crête des signaux d'éclatement peuvent être
de l'ordre de 20 dB à 50 dB après une propagation d'onde d'environ 500 mm. L'atténuation perpendiculaire à
la direction de la fibre est généralement beaucoup plus élevée que dans la direction parallèle.
NOTE L'amplitude du pic d'une source Hsu-Nielsen peut varier en fonction des propriétés viscoélastiques
spécifiques du matériau FRP dans différentes régions d'une structure.
5.3 Température d'essai
Le comportement mécanique (rigidité, résistance) et acoustique (vitesse d'onde, atténuation) des structures
FRP et, par conséquent, leur activité AE et les caractéristiques des ondes AE (formes d'onde, spectres)
changent fortement si la température d'essai s'approche des plages de température de transition de la
matrice, telles que la transition ductile-fragile (ß-relaxation des matrices semi-cristallines) ou la transition
verre-caoutchouc (α-relaxation des matrices amorphes).
Par conséquent, la température de l'essai doit être prise en compte pour l'évaluation des données et
l'interprétation des résultats de l'essai d'EA, ainsi que dans la procédure de chargement.
5.4 Localisation de la source
Il est difficile de localiser avec précision les sources dans les structures en PRFV. En raison de la forte
atténuation dans les matériaux composites, l'EA ne touche que le capteur le plus proche dans la plupart des
situations pratiques de surveillance des structures. C'est pourquoi l'emplacement de la zone est généralement
la principale source d'informations sur l'emplacement. L'utilisation de la localisation par zone n'empêche

cependant pas la localisation linéaire ou planaire des sources d'EA qui ont suffisamment d'énergie pour
toucher plusieurs capteurs afin de permettre la localisation par différence de temps d'arrivée. La localisation
linéaire ou planaire est un complément utile, principalement pour la localisation des émissions à haute
énergie. Il convient d'être très prudent avec les deux méthodes lorsque des informations temporelles sont
utilisées pour la localisation, car la vitesse du son et l'atténuation changent généralement avec la direction
de la propagation dans le PRF.
Une précaution supplémentaire doit être prise lors de l'utilisation des méthodes de localisation sur les PRFV
en raison des taux d'émission très élevés (chevauchement des frappes).
Compte tenu de ce qui précède, la séparation et le positionnement des capteurs doivent être définis de
manière appropriée en tenant compte des éléments suivants:
a) gamme de fréquences du capteur:
Les fréquences plus basses offrent une plus grande portée de détection, mais peuvent entraîner la captation
de sources de bruit indésirables. Les essais pratiques sur les PRF utilisent généralement des capteurs à haute
fréquence (100 kHz à 300 kHz) pour surveiller localement les zones soumises à de fortes contraintes et des
capteurs à basse fréquence (30 kHz à 60 kHz) pour assurer une couverture globale. Il est courant d'utiliser
deux gammes de fréquences simultanément.
Les plages de détection typiques sur les plaques FRP sont les suivantes: 150 kHz pour 400 mm à 700 mm,
60 kHz pour 600 mm à 1 200 mm, et 30 kHz pour 900 mm à 2 000 mm ou plus, selon le matériau.
Pour la recherche sur les mécanismes des sources d'EA, il serait préférable d'utiliser des capteurs à large
bande.
b) la directionnalité de la propagation et l'atténuation:
Un plus grand nombre de capteurs peut être nécessaire dans une direction en raison d'une atténuation
plus importante. L'application de techniques de localisation qui tiennent compte de la vitesse des vagues en
fonction de la direction permettra d'obtenir une meilleure précision de localisation. Lorsque le logiciel du
système ne peut pas gérer les vitesses directionnelles, l'utilisation du positionnement virtuel des capteurs
peut améliorer les performances de localisation. Pour obtenir des résultats utiles, il est recommandé de
vérifier l'emplacement de la source avec Hsu-Nielsen ou d'autres sources d'émissions acoustiques simulées.
c) les performances en matière de localisation:
Lorsque la localisation planaire des émissions à faible consommation d'énergie est une exigence, il faut
davantage de capteurs pour obtenir les trois occurrences requises.
La localisation planaire est particulièrement utile pour les petits spécimens ou lorsqu'une zone locale d'une
structure présente un intérêt particulier.
5.5 Analyse des émissions acoustiques des polymères renforcés par des fibres
Les types d'analyse suivants sont applicables:
a) traitement basé sur le hit, l'énergie et le RMS:
Pour la plupart des applications d'essai, où le composant testé ne doit pas être proche de la rupture, le
traitement du signal des émissions acoustiques des PRFV ne diffère pas sensiblement de celui requis pour
les métaux. Les principales différences sont que les signaux à haute fréquence sont nettement plus courts en
raison de l'absence de réverbération. Une fois le dommage initié, le taux d'émission sera significativement
plus élevé que pour les métaux.
Ces facteurs exigent que le système de contrôle soit paramétré de manière à traiter de manière appropriée,
en utilisant des temps de discrimination plus courts, par exemple. Il est possible que des dommages très
importants apparaissent sous la forme d'un signal continu lors de l'analyse basée sur les coups. C'est

pourquoi il convient de toujours recourir à un traitement supplémentaire, en utilisant par exemple les
niveaux RMS ou ASL, ou l'énergie absolue mesurée en tant que paramètre continu.
b) l'analyse en temps réel:
L'analyse en temps réel des émissions acoustiques détectées et l'application de critères définis sont des
pratiques normales et essentielles chaque fois que la surveillance est nécessaire pour assurer un retour
d'information sur l'application progressive et sûre de la charge. Les graphiques en temps réel fournissent
tous les paramètres AE et autres qui sont nécessaires pour prendre une décision sur la nécessité d'arrêter
l'essai, le cas échéant.
c) l'analyse post-test:
L'analyse post-test est appliquée pour obtenir un meilleur aperçu des données acquises, pour filtrer les
sources de bruit connues et dans les applications de production où l'analyse en temps réel n'aurait pas été
utilisée.
6 Lignes directrices en matière d'instrumentation et de surveillance
6.1 Appareillage
Les composants d'instrumentation (matériel et logiciel) doivent être conformes aux exigences de EN 13477-
1 et EN 13477-2.
L'équipement doit être en mesure d'effectuer l'acquisition et l'analyse des données conformément aux
instructions écrites de l'essai en temps réel.
6.2 Capteurs
Le choix de la fréquence du capteur AE dépend de l'objectif de l'AT et des facteurs décrits dans 5.4.
Pour l'étude des mécanismes d'endommagement et de la propagation des ondes, les capteurs à large bande
pourraient être plus appropriés; cependant, cela introduit également la variable supplémentaire des ondes
de plaque se déplaçant à des vitesses différentes en fonction de la fréquence.
Lors de la sélection des capteurs à large bande, il convient de veiller à ce que leurs caractéristiques soient
adaptées à l'épaisseur du stratifié et à ce que leur sensibilité potentiellement plus faible soit prise en compte.
6.3 Emplacement et espacement des capteurs
L'emplacement du capteur, lorsqu'il n'est pas défini par un code applicable, est généralement déterminé
comme suit:
a) Des capteurs de 150 kHz surveillent les zones de la structure soumises à de fortes contraintes;
b) Lorsque les capteurs de 150 kHz n'assurent pas une couverture totale, des capteurs de 30 kHz à 60 kHz
sont utilisés pour surveiller les zones d'essai restantes, en gardant à l'esprit qu'ils peuvent être sensibles
à des bruits parasites;
c) La distance entre les capteurs est déterminée sur la base de la mesure de l'atténuation dans différentes
directions et doit respecter les lignes directrices relatives à la distance maximale autorisée entre les
capteurs - dmax - pour un emplacement plan (EN 14584) ou un emplacement de zone (EN 15495).
Le seuil d'évaluation est défini dans 6.5.
6.4 Couplage et montage du capteur
Pour un bon transfert des ondes acoustiques, les capteurs doivent être couplés à l'aide d'agents qui
ne réagissent pas chimiquement ou physiquement avec le composite (par exemple en provoquant des
craquelures, des gonflements, des fissures ou d'autres mécanismes de micro-défaillance). Les agents de

couplage appropriés sont des graisses ou des adhésifs à base de silicone pour le vide poussé, par exemple des
caoutchoucs de silicone durcissant à froid.
Les structures composites ne doivent pas être usinées pour produire une surface plane et lisse aux endroits
où les capteurs sont fixés. Par conséquent, une atténuation plus importante (par exemple d'un facteur 2)
résultant d'un film de couplage plus épais utilisé pour atténuer la rugosité ou la courbure de la surface doit
être acceptée.
Le choix de l'agent de couplage dépend des conditions d'essai (température, humidité, déformation maximale
de la surface, rugosité de la surface, etc.), ainsi que de la stabilité nécessaire pour les essais à long terme. Il
ne doit pas produire lui-même d'émission acoustique à toutes les températures d'essai possibles et à tous les
états de déformation maximale.
L'application de rubans adhésifs, d'anneaux fixes avec ressorts, d'élastiques en caoutchouc doit garantir
un montage mécanique stable des capteurs et empêcher les signaux parasites résultant du mouvement du
capteur à la surface de la structure ou de la fixation elle-même sous l'effet de la charge.
Avant l'essai, le bon fonctionnement de l'équipement doit être vérifié conformément à EN 14584 à l'aide d'une
source Hsu-Nielsen ou d'un essai de capteur automatisé (AST) par impulsions électroniques. L'amplitude
moyenne des crêtes d'une source Hsu-Nielsen doit se situer, avant l'essai, à ±6 dB de la moyenne de tous les
capteurs. Tout écart supérieur à ±6 dB doit être examiné et corrigé, si possible. Les valeurs correspondantes
doivent être notées à la fin de l'essai pour tenir compte d'une éventuelle augmentation de l'atténuation
induite par les dommages au cours de la charge.
6.5 Seuil de détection et d'évaluation
Le seuil de détection est fixé à X dB au-dessus de la crête du bruit de fond; il doit être inférieur au seuil
d'évaluation.
Le seuil de détection doit être fixé de manière à éviter que le comportement normal de certains types de
stratifiés ne donne lieu à des données excessives.
Les taux élevés de micro-défaillance entraînent une forte activité d'EA dans la pratique au cours de la
première mise en charge de nouvelles structures (non soumises à des contraintes). La définition des
occurrences d'EA (et le calcul des taux d'occurrences) à partir des signaux d'éclatement ne fonctionne pas
dans de telles conditions d'émission acoustique apparemment continue, conséquence d'une forte activité
d'EA et d'un faible seuil de détection.
Dans ce cas, des actions appropriées doivent être programmées, par exemple le streaming de la forme
d'onde, l'augmentation du seuil (rend la détermination des temps d'arrivée plus imprécise et diminue les
performances de localisation), ou l'utilisation de canaux à seuil plus élevé en parallèle ou l'analyse des
paramètres des signaux continus.
Les bruits parasites causés par le processus de chargement, par exemple le bruit de la pompe ou les fuites
de la machine d'essai servo-hydraulique ou de l'équipement sous pression, le frottement entre les pinces et
l'échantillon d'essai, etc. Si cela n'est pas possible, les signaux de bruit correctement identifiés peuvent être
éliminés des données au cours de la post-analyse à l'aide de procédures de filtrage ou de localisation des
données.
6.6 Application de la charge
L'application de la charge dépend de l'objectif de l'essai, de l'objet de l'essai, du fluide de pressurisation le cas
échéant, et des exigences de sécurité de l'opération.
Le profil de chargement définit la charge d'essai maximale, le taux de chargement, le niveau et la durée
du maintien de la charge et, si nécessaire, les étapes de déchargement/rechargement pour déterminer le
rapport de felicité.
Dans les cas où la charge d'essai n'est pas suffisamment élevée par rapport à la charge maximale en service
précédente, il peut être nécessaire de prolonger la période de non-charge avant l'essai.

L'application de la charge doit spécifier le niveau de charge pour démarrer l'acquisition des données AE.
Le taux de chargement doit tenir compte de la forte activité AE inhérente au PRF et du risque de
chevauchement des impacts entraînant une émission continue.
Le taux de chargement et les périodes d'attente doivent être adaptés à chaque application. Il convient d'être
prudent avec les taux de déformation très faibles et les périodes de maintien très longues qui peuvent
entraîner des effets de fluage (relaxation).
6.7 Graphiques pour un suivi en temps réel
Le contrôle en temps réel doit comprendre les étapes suivantes:
a) évaluer l'activité de l'EA, par exemple le taux ou le nombre cumulé de coups d'EA sélectionnés ou
d'événements localisés et noter leur corrélation avec le temps ou la charge appliquée;
b) évaluer l'intensité de l'EA, par exemple l'amplitude de crête du signal d'éclatement, l'énergie du signal
d'éclatement, les paramètres du signal continu et leur comportement en fonction de la charge;
c) localisation de la source d'EA.
Les graphiques pour l'observation et l'analyse en temps réel du comportement de l'AE dépendent du type
d'application.
7 Méthodologie spécifique
7.1 Taille du composant
Il existe des différences et des problèmes spécifiques aux essais de petits spécimens ou de composants et
structures de grande taille.
Il doit être tenu compte des effets de dispersion et d'atténuation dans les PRF comme décrit dans 5.2.
7.2 Essai des spécimens
Les échantillons de PRF sont testés pour la caractérisation des matériaux et l'optimisation de la conception
des parties structurelles critiques des composites.
L'objectif de la surveillance AE est de détecter et de caractériser la défaillance initiale par un mode de
rupture entre les fibres (décollement des fibres/matrice et fissuration de la matrice) et les étapes de la
macro-défaillance finale par la rupture des fibres et/ou la délamination instable.
Les avantages de l'AT des spécimens de structures FRP sont la faible atténuation des ondes due aux courtes
distances entre les sources d'EA et les capteurs et la précision accrue de la localisation des sources d'EA qui
en découle.
Le problème des spécimens est que les réflexions d'ondes sur les bords latéraux superposent les ondes qui se
propagent directement vers les capteurs et, par conséquent, influencent le signal d'EA.
En raison de la propagation à peu près unidimensionnelle des ondes, une configuration de localisation
linéaire est suffisante pour localiser les sources d'EA dans la direction longitudinale de l'échantillon.
En fixant au moins deux capteurs à l'échantillon (un à chaque pince ou support) et en effectuant une
localisation linéaire, le bruit de fond de l'AE (hydraulique, friction ou électrique) peut être éliminé par
filtrage.
7.3 Essai des composants et des structures
7.3.1 Informations préliminaires
Avant l'essai, les informations suivantes doivent être disponibles:
a) une déclaration explicite de l'objectif de l'essai et de ses limites éventuelles;
b) le type et les dimensions de l'objet testé;
c) le matériau (composition et propriétés mécaniques);
d) charge de calcul, température en service;
e) les conditions d'utilisation ou d'exploitation;
f) l'historique de l'objet (charge maximale en service, température, etc.), s'il est disponible;
g) les zones particulières à surveiller (zones endommagées ou zones à haut niveau de stress)
h) les conditions d'essai (type et séquence de chargement);
i) les conditions environnementales sur le site d'essai et les règles de sécurité à respecter;
j) les sources potentielles de bruit d'interférence (mécanique, électrique, bruit de processus, etc.);
k) les résultats des essais précédents, le cas échéant;
l) le type, la taille et la position des discontinuités identifiées, le cas échéant.
L'interprétation des résultats nécessite généralement une référence à une base de données expérimentale
pertinente. Pour les matériaux structuraux peu courants, dont les caractéristiques de réponse à l'EA
sont inconnues, une analyse qualitative doit être effectuée dans des conditions d'essai contrôlées à l'aide
d'éprouvettes du même matériau, fabriquées de la même manière et simulant, aussi fidèlement que possible,
les causes initiales de la discontinuité et les conditions de contrainte en service.
7.3.2 Préparation de l'essai
Toutes les exigences de sécurité concernant le lieu d'essai et le personnel d'essai doivent être respectées.
Des précautions doivent être prises pour assurer une protection contre les conséquences d'une défaillance
catastrophique inattendue de la structure ou de la libération d'installations de sécurité, de pièces
structurelles ou de fluides potentiellement dangereux.
Pour les récipients sous pression, il est généralement recommandé de procéder à des essais hydrauliques.
Des exigences de sécurité particulières doivent être prises en compte lorsque des essais pneumatiques sont
nécessaires, par exemple si les charges de service normales comprennent une pression de gaz superposée ou
une pression de gaz uniquement.
En raison de l'effet de felicité, lorsque la charge d'essai n'est pas suffisamment élevée par rapport à la charge
maximale en service précédente, les conditions de fonctionnement des structures qui ont été soumises à
des contraintes antérieures doivent être réduites avant l'AT. Le temps de conditionnement à charge réduite
(généralement entre 12 heures pour une réduction de 90 % ou plus et 7 jours pour une réduction de 40 %
de la charge de fonctionnement) doit assurer une relaxation suffisante de la contrainte et une détermination
claire du rapport de Félicité.
7.3.3 Profils de soutirage
La procédure de chargement dépend de l'application et de l'objectif de l'essai AE. Le chargement doit être
effectué avec un minimum de bruits parasites. Les périodes d'attente pendant le chargement sont un aspect
essentiel de l'évaluation des résultats de l'EA. Une période initiale à la charge de départ est contrôlée pour
vérifier l'augmentation du bruit de fond en fonction de la procédure de chargement.

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...

Date: 2025-11-17
ISO/TC 135/SC 9
Secrétariat: ABNT
Première édition
2015-05
Essai non destructif — Essai de l'émission acoustique —
Méthodologie spécifique et critères d'évaluation générale d'essai des
polymères renforcés de fibre
Non-destructive testing — Acoustic emission testing — Specific methodology and general evaluation criteria
for testing of fibre-reinforced polymers

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E-mail: [e-mail]
Web: www.iso.org
Website: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
ii
Sommaire Page
Avant-propos . v
Introduction . vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Qualification du personnel . 3
5 Sources d'émissions acoustiques et comportement acoustique . 3
6 Lignes directrices en matière d'instrumentation et de surveillance . 7
7 Méthodologie spécifique . 9
8 Interprétation des résultats des essais d'émission acoustique/mécanismes de source . 17
9 Rapport . 18
Bibliographie . 19

Avant-propos . iv
Introduction . v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Qualification du personnel . 3
5 Sources d'émissions acoustiques et comportement acoustique . 3
5.1 Mécanismes des sources d'émission acoustique . 3
5.2 Caractérisation de la propagation des ondes et de l'atténuation . 4
5.3 Température d'essai . 5
5.4 Localisation de la source . 5
5.5 Analyse des émissions acoustiques des polymères renforcés par des fibres . 6
6 Lignes directrices en matière d'instrumentation et de surveillance . 7
6.1 Appareillage . 7
6.2 Capteurs . 7
6.3 Emplacement et espacement des capteurs . 7
6.4 Couplage et montage du capteur . 8
6.5 Seuil de détection et d'évaluation . 8
6.6 Application de la charge . 9
6.7 Graphiques pour un suivi en temps réel . 9
7 Méthodologie spécifique . 9
7.1 Taille du composant . 9
7.2 Essai des spécimens . 9
iii
7.3 Essai des composants et des structures . 10
7.3.1 Informations préliminaires . 10
7.3.2 Préparation de l'essai . 11
7.3.3 Profils de soutirage . 11
7.3.4 Procédure d'essai écrite. 13
7.3.5 Critères d’évaluation . 14
7.3.6 Critères d'arrêt . 17
7.3.7 Surveillance de la santé . 18
8 Interprétation des résultats des essais d'émission acoustique/mécanismes de source . 18
9 Rapport . 19
Bibliographie . 20
iv
iv
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux. L’ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont décrites
dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents critères
d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été rédigé
conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directiveswww.iso.org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de droits
de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir
identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les références aux droits
de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l'élaboration du document sont
indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de brevets reçues par l'ISO
(voir www.iso.org/brevetswww.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données pour
information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la
conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion de l'ISO aux principes de l'Organisation mondiale
du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-
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propos - Informations complémentaires.Avant-propos - Informations complémentaires.
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for-technical-work/foreword.htm?= has been redirected to
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https://www.iso.org/iso/fr/home/standards_development/resources-
for-technical-work/foreword.htm. Please verify the URL.
d'émission acoustique.
v
Introduction
L'utilisation croissante de matériaux polymères renforcés de fibres (PRF) dans des applications structurelles
(aérospatiale, automobile, génie civil) et infrastructurelles (bouteilles de gaz, réservoirs de stockage,
pipelines) nécessite des développements respectifs dans le domaine des essais non destructifs.
En raison de sa sensibilité aux mécanismes d'endommagement typiques des PRF, le test d'émission
acoustique (TA) est une méthode d'essai particulièrement adaptée à cette catégorie de matériaux.
Il est déjà utilisé pour la surveillance des essais de charge (ce qui accroît la sécurité des essais) et pour les
épreuves, les essais périodiques et la surveillance périodique ou continue en temps réel (surveillance de l'état
de santé) des appareils à pression, des réservoirs de stockage et d'autres structures en PRFV présentant un
intérêt pour la sécurité.
Les essais d'émission acoustique présentent un potentiel dans les cas où les méthodes d'essai non destructives
établies (par exemple, les essais par ultrasons ou les essais avec poche à eau) ne sont pas applicables (par
exemple, les bouteilles de gaz épaisses renforcées de fibres de carbone utilisées pour le stockage et le
transport du gaz naturel comprimé (GNC), de l'hydrogène gazeux).
Les principes généraux énoncés dans EN 13554 s'appliquent à toutes les classes de matériaux, mais la
présente norme internationale met l'accent sur les applications aux composants métalliques
(voir EN 13554:2011, Article 6).
Cependant, les propriétés des PRF qui sont pertinentes pour les essais AT sont nettement différentes de celles
des métaux.
Les structures FRP sont intrinsèquement non homogènes et présentent un certain degré de comportement
anisotrope, en fonction de l'orientation des fibres et de la séquence d'empilement des plis, respectivement.
La composition et les propriétés des matériaux, ainsi que la géométrie, affectent la propagation des ondes, par
exemple le mode, la vitesse, la dispersion et l'atténuation, et donc les signaux AT enregistrés par les capteurs.
Les composites à matrice polymère viscoélastique distincte (par exemple, les thermoplastiques) possèdent
une atténuation des ondes acoustiques comparativement élevée qui dépend de la propagation des ondes
parallèlement ou perpendiculairement à la direction de l'orientation des fibres, du mode d'onde de la plaque,
de la fréquence et du comportement de relaxation dépendant de la température.
Par conséquent, la réussite de l'AT des matériaux, composants et structures en PRF nécessite une
méthodologie spécifique (par exemple, stockage de formes d'ondes complètes, capteurs et réseaux de capteurs
spécifiques, réglages de seuils spécifiques, modèles de chargement appropriés, analyse améliorée des
données), différente de celle appliquée aux métaux.
Les essais d'émissions acoustiques ont connu des développements récents, par exemple l'AT modal (analyse
des ondes et des modes d'ondes dans le domaine temporel et fréquentiel) et l'analyse par reconnaissance des
formes.
vi
vi
Norme internationale ISO 18249:2015(fr)

Essai non destructif — Essai de l'émission acoustique — Méthodologie
spécifique et critères d'évaluation générale d'essai des polymères
renforcés de fibre
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale décrit les principes généraux des essais d'émission acoustique (AT) des
matériaux, composants et structures en polymères renforcés de fibres (PRF) dans le but de
— — la caractérisation des matériaux,
— — les essais de vérification et le contrôle de la qualité de la fabrication,
— — les nouveaux essais et les essais en cours d'utilisation, et
— — la surveillance de la santé.
La présente Norme internationale a été conçue pour décrire une méthodologie spécifique permettant
d'évaluer l'intégrité des polymères renforcés par des fibres (PRF), des composants ou des structures, ou
d'identifier les zones critiques d'accumulation ou de croissance des dommages sous charge (par exemple,
instrumentation appropriée, dispositions typiques des capteurs et procédures de localisation).
Il décrit également les critères d'évaluation disponibles et généralement applicables pour l'AT des PRF et
décrit les procédures pour établir de tels critères d'évaluation en cas d'absence.
La présente Norme internationale présente également des formats de présentation des données d'essais
d'émission acoustique qui permettent l'application de critères d'évaluation qualitatifs, à la fois en ligne
pendant les essais et par analyse après les essais, et qui simplifient la comparaison des résultats d'essais
d'émission acoustique obtenus sur différents sites d'essais et auprès de différents organismes.
NOTE L'importance structurelle de l'émission acoustique ne peut pas dans tous les cas être définitivement évaluée
sur la base des seuls critères d'évaluation AT, mais peut nécessiter des essais et des évaluations supplémentaires (par
exemple avec d'autres méthodes d'essais non destructifs ou des calculs de mécanique de la rupture).
2 Références normatives
Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de façon normative dans le présent document et
sont indispensables à son application. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
Commented [eXtyles2]: The reference is to a withdrawn
standard which has been replaced

ISO 9712:2012, Essais non destructifs — Qualification et certification du personnel END
ISO 9712:2021, Essais non destructifs — Qualification et
certification du personnel END
ISO 12716:2001, Essais non destructifs — Contrôle par émission acoustique — Vocabulaire
Commented [eXtyles3]: eXtyles Inline Standards Citation
Match reports that the normative reference "ISO 9712:2012" is not
cited in the text.
ISO/IEC 17025:2005, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnages et
d’essais
Commented [eXtyles4]: The reference is to a withdrawn
standard which has been replaced

EN 13477-ISO 9712:2012, Essais non destructifs — Qualification et certification du personnel END
ISO/IEC 17025:2017, Exigences générales concernant la compétence
des laboratoires d'étalonnages et d'essais
ISO 12716:2001, Essais non destructifs — Contrôle par émission acoustique — Vocabulaire
ISO/IEC 17025:2005, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnages et d’essais
EN 13477-1:2001, Essais non destructifs — Émission acoustique — Caractérisation de l’équipement —
Partie 1: Description de l’équipement
EN 13477-EN 13477-2:2010, Essais non destructifs — Émission acoustique — Caractérisation de
l’équipement — Partie 2: Vérifications des caractéristiques de fonctionnement
EN 14584, Essais non destructifs — Essais d’émission acoustique — Contrôle des équipements métalliques
sous pression pendant l’épreuve — Localisation planaire des sources d’EA
EN 15495, Essais non destructifs — Émission acoustique — Vérification des équipements métalliques sous
pression pendant l’épreuve — Localisation par zone des sources d’EA
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l'ISO 12716:2001 ainsi que les suivants
s'appliquent.
3.1 3.1
fibre
matière solide mince et très allongée
Note 1 à l'article: Généralement avec un rapport d'aspect supérieur à 5 et un module de traction supérieur à 20 GPa.
Les fibres utilisées pour le renforcement continu (filamentaire) ou discontinu sont généralement en verre, en carbone ou
en aramide.
3.2 3.2
matrice polymère
substance macromoléculaire environnante dans laquelle les fibres sont intégrées
Note 1 à l'article: Les matrices polymères sont généralement des thermodurcissables (par exemple époxy, polyimide
vinylester ou polyester) ou des thermoplastiques à haute performance (par exemple poly(amide-imide), poly(éther-
éther-cétone) ou polyimide). Les propriétés mécaniques des matrices polymères sont fortement influencées par la
température, le temps, le vieillissement et l'environnement.
3.3 3.3
stratifié de fibres
élément bidimensionnel constitué de deux ou plusieurs couches (plis du même matériau avec une orientation
identique) de polymères renforcés de fibres
Note 1 à l'article: Ils sont compactés par scellement sous l'effet de la chaleur et/ou de la pression. Les stratifiés sont
empilés par des couches planes (ou courbes) de fibres unidirectionnelles ou de tissus dans une matrice polymère. Les
couches peuvent être de différentes épaisseurs et se composer de fibres identiques ou différentes et de matériaux de
matrice polymère. L'orientation des fibres peut varier d'une couche à l'autre.
3.4 3.4
matériau polymère renforcé par des fibres
FRP
composite à matrice polymère avec une ou plusieurs orientations des fibres par rapport à une certaine
direction de référence
Note 1 à l'article: Il s'agit généralement de stratifiés à fibres continues. Les géométries typiques des fibres continues
telles qu'elles sont fabriquées comprennent les stratifiés ou les tissus uniaxiaux, croisés et angulaires. Les PRF sont
également constitués de fibres discontinues, telles que les fibres courtes, les fibres longues ou les matelas de
renforcement aléatoires.
3.5 3.5
délaminage
la rupture (fissure) intra- ou inter-laminaire dans les matériaux composites sous différents modes de
chargement
Note 1 à l'article: Le délaminage se produit principalement entre les couches de fibres par la séparation des couches de
stratifié ayant la liaison la plus faible ou les contraintes les plus élevées sous l'effet de contraintes statiques ou cycliques
répétées (fatigue), d'un impact, etc. Le décollement implique un grand nombre de micro-fractures et d'effets secondaires
tels que le frottement entre les surfaces de rupture. Elle se développe à l'intérieur du composite, sans être visible en
surface, et est souvent liée à une perte significative de rigidité mécanique et de résistance.
3.6 3.6
micro-fracture (des composites)
l'apparition de mécanismes de défaillance locaux au niveau microscopique, tels que la défaillance de la matrice
(fissuration, craquelure), la défaillance de l'interface fibre/matrice (décollement) ou l'arrachement des fibres,
ainsi que la défaillance des fibres (rupture, flambage)
Note 1 à l'article: Elle est causée par une surcharge locale du composite. L'accumulation de micro-défaillances conduit
à une macro-défaillance et détermine la résistance ultime et la durée de vie.
4 Qualification du personnel
Il est supposé que les essais d'émission acoustique sont effectués par du personnel qualifié et compétent. Afin
de prouver cette qualification, il est recommandé de qualifier le personnel conformément à ISO 9712.
5 Sources d'émissions acoustiques et comportement acoustique
5.1 Mécanismes des sources d'émission acoustique
Les dommages causés aux PRF par les mécanismes de micro- et macro-fracture produisent une activité et une
intensité d'émission acoustique élevées, ce qui les rend particulièrement adaptés aux essais d'émission
acoustique (AT).
Les mécanismes de défaillance les plus courants détectés par l'AT sont les suivants:
— — fissuration de la matrice;
— — décollement de l'interface fibre/matrice;
— — l'arrachage des fibres;
— — la rupture des fibres;
— — la propagation de fissures intra- ou inter-laminaires (délaminage/fractionnement).
Les émissions acoustiques des PRF dépendent de nombreux facteurs, tels que les composants du matériau, la
composition du stratifié, le processus de fabrication, les discontinuités, la charge appliquée, la géométrie et les
conditions environnementales de l'essai (température, humidité, exposition à des fluides ou à des gaz, ou à
des rayons ultraviolets). Par conséquent, l'interprétation de l'émission acoustique dans des conditions
données nécessite la compréhension de ces facteurs et l'expérience de l'émission acoustique du matériau et
de la construction en question dans des conditions de contrainte connues.
La rupture du PRF produit une émission acoustique de type rafale, à haute activité; cependant, elle peut
donner l'impression d'une émission continue.
Pour certains types de construction, des sources d'EÀ largement réparties provenant de mécanismes de
micro-défaillance matricielle ou interfaciale dans des conditions données représentent généralement un
comportement normal. Cela apparaît particulièrement lors du premier chargement d'une structure FRP
nouvellement fabriquée, où la déformation du composite pour la détection de la première émission acoustique
significative est comprise entre 0,1 % et 0,3 %.
Les composites optimisés pour une rigidité élevée pourraient déplacer le début de la première émission
acoustique significative vers des contraintes comparativement élevées en raison de la faible déformation de
la matrice dans le composite.
Dans le cas des composites à haute résistance, l'émission acoustique provenant de la première rupture des
fibres, en dehors d'autres sources, est normalement observée à des niveaux de contrainte d'environ 40 % à
60 % de la résistance ultime du composite.
Le comportement normal des structures en PRFV se caractérise également par l'apparition de différentes
régions où l'activité AE est alternativement plus élevée et plus faible, en particulier à des niveaux de contrainte
plus élevés en raison de la redistribution de la contrainte locale.
Dans le cas d'une discontinuité grave ou d'une autre concentration de contraintes importantes qui influencent
le comportement de défaillance des structures FRP, l'activité AE se concentrera sur la zone affectée,
fournissant ainsi une méthode de détection.
Inversement, les discontinuités dans les zones du composant qui ne sont pas sollicitées à la suite de l'essai et
les discontinuités qui sont structurellement insignifiantes ne génèrent pas d'émission acoustique anormale.
5.2 Caractérisation de la propagation des ondes et de l'atténuation
Les signaux d'émission acoustique provenant d'ondes se propageant dans de grands objets sont influencés
par des effets de dispersion et d'atténuation.
Les composites à matrice polymère sont des matériaux inhomogènes et souvent anisotropes et, dans de
nombreuses applications, ils sont conçus comme des plaques minces ou des coquilles. La propagation des
ondes dans les plaques minces ou les coquilles est dominée par les modes d'ondes de la plaque (par exemple
les ondes de Lamb). L'anisotropie résulte principalement du volume et de l'orientation des fibres. Cela affecte
la propagation des ondes en introduisant une directionnalité dans la vitesse, l'atténuation et la grande
dispersion des ondes de plaque.
La propagation des ondes acoustiques dans les PRFV entraîne une modification significative de l'amplitude et
de la fréquence en fonction de la distance. L'ampleur de ces effets dépend de la direction de propagation, des
propriétés des matériaux, de l'épaisseur et de la géométrie de l'objet testé.
Des mesures de caractérisation de l'atténuation sur des régions représentatives des objets d'essai
conformément à EN 14584 doivent être effectuées.
L'effet d'ombre des buses et des accessoires auxiliaires doit être quantifié et la transmission par le fluide
d'essai doit être prise en considération.
L'atténuation est mesurée dans différentes directions et, si elles sont connues, en particulier parallèlement et
perpendiculairement aux directions principales d'orientation des fibres. Dans le cas d'un objet d'essai
partiellement rempli, l'atténuation doit être mesurée au-dessus et au-dessous du niveau du liquide.
Pour les structures stratifiées en PRFV, les pertes d'amplitudes de crête des signaux d'éclatement peuvent être
de l'ordre de 20 dB à 50 dB après une propagation d'onde d'environ 500 mm. L'atténuation perpendiculaire à
la direction de la fibre est généralement beaucoup plus élevée que dans la direction parallèle.
NOTE L'amplitude du pic d'une source Hsu-Nielsen peut varier en fonction des propriétés viscoélastiques
spécifiques du matériau FRP dans différentes régions d'une structure.
5.3 Température d'essai
Le comportement mécanique (rigidité, résistance) et acoustique (vitesse d'onde, atténuation) des structures
FRP et, par conséquent, leur activité AE et les caractéristiques des ondes AE (formes d'onde, spectres)
changent fortement si la température d'essai s'approche des plages de température de transition de la matrice,
telles que la transition ductile-fragile (ß-relaxation des matrices semi-cristallines) ou la transition verre-
caoutchouc (α-relaxation des matrices amorphes).
Par conséquent, la température de l'essai doit être prise en compte pour l'évaluation des données et
l'interprétation des résultats de l'essai d'EA, ainsi que dans la procédure de chargement.
5.4 Localisation de la source
Il est difficile de localiser avec précision les sources dans les structures en PRFV. En raison de la forte
atténuation dans les matériaux composites, l'EA ne touche que le capteur le plus proche dans la plupart des
situations pratiques de surveillance des structures. C'est pourquoi l'emplacement de la zone est généralement
la principale source d'informations sur l'emplacement. L'utilisation de la localisation par zone n'empêche
cependant pas la localisation linéaire ou planaire des sources d'EA qui ont suffisamment d'énergie pour
toucher plusieurs capteurs afin de permettre la localisation par différence de temps d'arrivée. La localisation
linéaire ou planaire est un complément utile, principalement pour la localisation des émissions à haute
énergie. Il convient d'être très prudent avec les deux méthodes lorsque des informations temporelles sont
utilisées pour la localisation, car la vitesse du son et l'atténuation changent généralement avec la direction de
la propagation dans le PRF.
Une précaution supplémentaire doit être prise lors de l'utilisation des méthodes de localisation sur les PRFV
en raison des taux d'émission très élevés (chevauchement des frappes).
Compte tenu de ce qui précède, la séparation et le positionnement des capteurs doivent être définis de manière
appropriée en tenant compte des éléments suivants:
a) a) gamme de fréquences du capteur:
Les fréquences plus basses offrent une plus grande portée de détection, mais peuvent entraîner la captation
de sources de bruit indésirables. Les essais pratiques sur les PRF utilisent généralement des capteurs à haute
fréquence (100 kHz à 300 kHz) pour surveiller localement les zones soumises à de fortes contraintes et des
capteurs à basse fréquence (30 kHz à 60 kHz) pour assurer une couverture globale. Il est courant d'utiliser
deux gammes de fréquences simultanément.
Les plages de détection typiques sur les plaques FRP sont les suivantes: 150 kHz pour 400 mm à 700 mm,
60 kHz pour 600 mm à 1 200 mm, et 30 kHz pour 900 mm à 2 000 mm ou plus, selon le matériau.
Pour la recherche sur les mécanismes des sources d'EA, il serait préférable d'utiliser des capteurs à large
bande.
b) b) la directionnalité de la propagation et l'atténuation:
Un plus grand nombre de capteurs peut être nécessaire dans une direction en raison d'une atténuation plus
importante. L'application de techniques de localisation qui tiennent compte de la vitesse des vagues en
fonction de la direction permettra d'obtenir une meilleure précision de localisation. Lorsque le logiciel du
système ne peut pas gérer les vitesses directionnelles, l'utilisation du positionnement virtuel des capteurs
peut améliorer les performances de localisation. Pour obtenir des résultats utiles, il est recommandé de
vérifier l'emplacement de la source avec Hsu-Nielsen ou d'autres sources d'émissions acoustiques simulées.
c) c) les performances en matière de localisation:
Lorsque la localisation planaire des émissions à faible consommation d'énergie est une exigence, il faut
davantage de capteurs pour obtenir les trois occurrences requises.
La localisation planaire est particulièrement utile pour les petits spécimens ou lorsqu'une zone locale d'une
structure présente un intérêt particulier.
5.5 Analyse des émissions acoustiques des polymères renforcés par des fibres
Les types d'analyse suivants sont applicables:
a) a) traitement basé sur le hit, l'énergie et le RMS:
Pour la plupart des applications d'essai, où le composant testé ne doit pas être proche de la rupture, le
traitement du signal des émissions acoustiques des PRFV ne diffère pas sensiblement de celui requis pour les
métaux. Les principales différences sont que les signaux à haute fréquence sont nettement plus courts en
raison de l'absence de réverbération. Une fois le dommage initié, le taux d'émission sera significativement plus
élevé que pour les métaux.
Ces facteurs exigent que le système de contrôle soit paramétré de manière à traiter de manière appropriée, en
utilisant des temps de discrimination plus courts, par exemple. Il est possible que des dommages très
importants apparaissent sous la forme d'un signal continu lors de l'analyse basée sur les coups. C'est pourquoi
il convient de toujours recourir à un traitement supplémentaire, en utilisant par exemple les niveaux RMS ou
ASL, ou l'énergie absolue mesurée en tant que paramètre continu.
b) b) l'analyse en temps réel:
L'analyse en temps réel des émissions acoustiques détectées et l'application de critères définis sont des
pratiques normales et essentielles chaque fois que la surveillance est nécessaire pour assurer un retour
d'information sur l'application progressive et sûre de la charge. Les graphiques en temps réel fournissent tous
les paramètres AE et autres qui sont nécessaires pour prendre une décision sur la nécessité d'arrêter l'essai,
le cas échéant.
c) c) l'analyse post-test:
L'analyse post-test est appliquée pour obtenir un meilleur aperçu des données acquises, pour filtrer les
sources de bruit connues et dans les applications de production où l'analyse en temps réel n'aurait pas été
utilisée.
6 Lignes directrices en matière d'instrumentation et de surveillance
6.1 Appareillage
Les composants d'instrumentation (matériel et logiciel) doivent être conformes aux exigences de EN 13477--
1 et EN 13477--2.
L'équipement doit être en mesure d'effectuer l'acquisition et l'analyse des données conformément aux
instructions écrites de l'essai en temps réel.
6.2 Capteurs
Le choix de la fréquence du capteur AE dépend de l'objectif de l'AT et des facteurs décrits dans 5.4.5.4.
Pour l'étude des mécanismes d'endommagement et de la propagation des ondes, les capteurs à large bande
pourraient être plus appropriés; cependant, cela introduit également la variable supplémentaire des ondes de
plaque se déplaçant à des vitesses différentes en fonction de la fréquence.
Lors de la sélection des capteurs à large bande, il convient de veiller à ce que leurs caractéristiques soient
adaptées à l'épaisseur du stratifié et à ce que leur sensibilité potentiellement plus faible soit prise en compte.
6.3 Emplacement et espacement des capteurs
L'emplacement du capteur, lorsqu'il n'est pas défini par un code applicable, est généralement déterminé
comme suit:
a) a) Des capteurs de 150 kHz surveillent les zones de la structure soumises à de fortes contraintes;
b) b) Lorsque les capteurs de 150 kHz n'assurent pas une couverture totale, des capteurs de 30 kHz
à 60 kHz sont utilisés pour surveiller les zones d'essai restantes, en gardant à l'esprit qu'ils peuvent être
sensibles à des bruits parasites;
c) c) La distance entre les capteurs est déterminée sur la base de la mesure de l'atténuation dans
différentes directions et doit respecter les lignes directrices relatives à la distance maximale autorisée
entre les capteurs - dmax - pour un emplacement plan (EN 14584) ou un emplacement de zone
(EN 15495).
Le seuil d'évaluation est défini dans 6.5.6.5.
6.4 Couplage et montage du capteur
Pour un bon transfert des ondes acoustiques, les capteurs doivent être couplés à l'aide d'agents qui ne
réagissent pas chimiquement ou physiquement avec le composite (par exemple en provoquant des
craquelures, des gonflements, des fissures ou d'autres mécanismes de micro-défaillance). Les agents de
couplage appropriés sont des graisses ou des adhésifs à base de silicone pour le vide poussé, par exemple des
caoutchoucs de silicone durcissant à froid.
Les structures composites ne doivent pas être usinées pour produire une surface plane et lisse aux endroits
où les capteurs sont fixés. Par conséquent, une atténuation plus importante (par exemple d'un facteur 2)
résultant d'un film de couplage plus épais utilisé pour atténuer la rugosité ou la courbure de la surface doit
être acceptée.
Le choix de l'agent de couplage dépend des conditions d'essai (température, humidité, déformation maximale
de la surface, rugosité de la surface, etc.), ainsi que de la stabilité nécessaire pour les essais à long terme. Il ne
doit pas produire lui-même d'émission acoustique à toutes les températures d'essai possibles et à tous les
états de déformation maximale.
L'application de rubans adhésifs, d'anneaux fixes avec ressorts, d'élastiques en caoutchouc doit garantir un
montage mécanique stable des capteurs et empêcher les signaux parasites résultant du mouvement du
capteur à la surface de la structure ou de la fixation elle-même sous l'effet de la charge.
Avant l'essai, le bon fonctionnement de l'équipement doit être vérifié conformément à EN 14584 à l'aide d'une
source Hsu-Nielsen ou d'un essai de capteur automatisé (AST) par impulsions électroniques. L'amplitude
moyenne des crêtes d'une source Hsu-Nielsen doit se situer, avant l'essai, à ±6 dB de la moyenne de tous les
capteurs. Tout écart supérieur à ±6 dB doit être examiné et corrigé, si possible. Les valeurs correspondantes
doivent être notées à la fin de l'essai pour tenir compte d'une éventuelle augmentation de l'atténuation induite
par les dommages au cours de la charge.
6.5 Seuil de détection et d'évaluation
Le seuil de détection est fixé à X dB au-dessus de la crête du bruit de fond; il doit être inférieur au seuil
d'évaluation.
Le seuil de détection doit être fixé de manière à éviter que le comportement normal de certains types de
stratifiés ne donne lieu à des données excessives.
Les taux élevés de micro-défaillance entraînent une forte activité d'EA dans la pratique au cours de la première
mise en charge de nouvelles structures (non soumises à des contraintes). La définition des occurrences d'EA
(et le calcul des taux d'occurrences) à partir des signaux d'éclatement ne fonctionne pas dans de telles
conditions d'émission acoustique apparemment continue, conséquence d'une forte activité d'EA et d'un faible
seuil de détection.
Dans ce cas, des actions appropriées doivent être programmées, par exemple le streaming de la forme d'onde,
l'augmentation du seuil (rend la détermination des temps d'arrivée plus imprécise et diminue les
performances de localisation), ou l'utilisation de canaux à seuil plus élevé en parallèle ou l'analyse des
paramètres des signaux continus.
Les bruits parasites causés par le processus de chargement, par exemple le bruit de la pompe ou les fuites de
la machine d'essai servo-hydraulique ou de l'équipement sous pression, le frottement entre les pinces et
l'échantillon d'essai, etc. Si cela n'est pas possible, les signaux de bruit correctement identifiés peuvent être
éliminés des données au cours de la post-analyse à l'aide de procédures de filtrage ou de localisation des
données.
6.6 Application de la charge
L'application de la charge dépend de l'objectif de l'essai, de l'objet de l'essai, du fluide de pressurisation le cas
échéant, et des exigences de sécurité de l'opération.
Le profil de chargement définit la charge d'essai maximale, le taux de chargement, le niveau et la durée du
maintien de la charge et, si nécessaire, les étapes de déchargement/rechargement pour déterminer le rapport
de felicité.
Dans les cas où la charge d'essai n'est pas suffisamment élevée par rapport à la charge maximale en service
précédente, il peut être nécessaire de prolonger la période de non-charge avant l'essai.
L'application de la charge doit spécifier le niveau de charge pour démarrer l'acquisition des données AE.
Le taux de chargement doit tenir compte de la forte activité AE inhérente au PRF et du risque de
chevauchement des impacts entraînant une émission continue.
Le taux de chargement et les périodes d'attente doivent être adaptés à chaque application. Il convient d'être
prudent avec les taux de déformation très faibles et les périodes de maintien très longues qui peuvent
entraîner des effets de fluage (relaxation).
6.7 Graphiques pour un suivi en temps réel
Le contrôle en temps réel doit comprendre les étapes suivantes:
a) a) évaluer l'activité de l'EA, par exemple le taux ou le nombre cumulé de coups d'EA sélectionnés
ou d'événements localisés et noter leur corrélation avec le temps ou la charge appliquée;
b) b) évaluer l'intensité de l'EA, par exemple l'amplitude de crête du signal d'éclatement, l'énergie
du signal d'éclatement, les paramètres du signal continu et leur comportement en fonction de la charge;
c) c) localisation de la source d'EA.
Les graphiques pour l'observation et l'analyse en temps réel du comportement de l'AE dépendent du type
d'application.
7 Méthodologie spécifique
7.1 Taille du composant
Il existe des différences et des problèmes spécifiques aux essais de petits spécimens ou de composants et
structures de grande taille.
Il doit être tenu compte des effets de dispersion et d'atténuation dans les PRF comme décrit dans 5.2.5.2.
7.2 Essai des spécimens
Les échantillons de PRF sont testés pour la caractérisation des matériaux et l'optimisation de la conception
des parties structurelles critiques des composites.
L'objectif de la surveillance AE est de détecter et de caractériser la défaillance initiale par un mode de rupture
entre les fibres (décollement des fibres/matrice et fissuration de la matrice) et les étapes de la macro-
défaillance finale par la rupture des fibres et/ou la délamination instable.
Les avantages de l'AT des spécimens de structures FRP sont la faible atténuation des ondes due aux courtes
distances entre les sources d'EA et les capteurs et la précision accrue de la localisation des sources d'EA qui
en découle.
Le problème des spécimens est que les réflexions d'ondes sur les bords latéraux superposent les ondes qui se
propagent directement vers les capteurs et, par conséquent, influencent le signal d'EA.
En raison de la propagation à peu près unidimensionnelle des ondes, une configuration de localisation linéaire
est suffisante pour localiser les sources d'EA dans la direction longitudinale de l'échantillon.
En fixant au moins deux capteurs à l'échantillon (un à chaque pince ou support) et en effectuant une
localisation linéaire, le bruit de fond de l'AE (hydraulique, friction ou électrique) peut être éliminé par filtrage.
7.3 Essai des composants et des structures
7.3.1 Informations préliminaires
Avant l'essai, les informations suivantes doivent être disponibles:
a) a) une déclaration explicite de l'objectif de l'essai et de ses limites éventuelles;
b) b) le type et les dimensions de l'objet testé;
c) c) le matériau (composition et propriétés mécaniques);
d) d) charge de calcul, température en service;
e) e) les conditions d'utilisation ou d'exploitation;
f) f) l'historique de l'objet (charge maximale en service, température, etc.), s'il est disponible;
g) g) les zones particulières à surveiller (zones endommagées ou zones à haut niveau de stress)
h) h) les conditions d'essai (type et séquence de chargement);
i) i) les conditions environnementales sur le site d'essai et les règles de sécurité à respecter;
j) j) les sources potentielles de bruit d'interférence (mécanique, électrique, bruit de processus,
etc.);
k) k) les résultats des essais précédents, le cas échéant;
...