Apport industriel potentiel de la propagation des ondes acoustiques Etudes bibl

Apport industriel potentiel de la propagation des ondes acoustiques Etudes bibliographiques1 Claude- Alain Saby2 Il existe une technique non destructive basée sur les ondes acoustiques qui permettrait d’étudier la structure d’un produit ou d’un objet; cette technique se veut plus proche de la spectrométrie SRS (résolument spatiale) que de la spectrométrie NIR (proche infrarouge). On cherche à étudier la structure, mais aussi l’homogénéité d’un produit et ses changements d’états. L’étude de la propagation des ondes pourrait fournir de la connaissance sur les points évoqués mais aussi sur le vieillissement du produit et sur ses caractéristiques physiques et chimiques et leurs évolutions. Un autre aspect de cette technique serait que les ondes pourraient être utilisées en tant que signature d’un produit comme on le fait habituellement avec un spectre Inra-rouge pour ne retenir que cet exemple. Comme il sera indiqué dans ce document, il existe plusieurs types d’ondes possibles et de ce fait plusieurs orientations peuvent être imaginées. Ainsi la Spectroscopie Ultrasonore Résonante et les méthodes échographique peuvent être des voies intéressantes à étudier dans de nombreux domaines. Du point de vue de la recherche, celle-ci pourrait s’axer sur la mesure et modélisation de la réponse dynamique (à une onde élastique) d’une structure, sur la compréhension et la modélisation de l’effet des hétérogénéités des matériaux sur la propagation des ondes mécaniques, sur la détermination des paramètres intrinsèques du matériaux à partir de sa réponse dynamique, sur la caractérisation par reconstruction tomographique des paramètres intrinsèques (imagerie 2D, 3D, 4D) des matériaux. 1 Ce document est un recueil de méthodes 2 Ingénieur de Recherche Statistique, Chimiométrie, Modélisation 1/139 http://kndstat.jimdo.com © 2014 © 2014 – KnDStat Consulting http://kndstat.jimdo.com ISBN 978-2-918655-08-4 2/139 http://kndstat.jimdo.com © 2014 Synthèse globale : Utilisation des méthodes d’émission acoustique pour : Des analyses de structure (exemple module d’Young) D’homogénéité Suivi et évolution de la fabrication Suivi de vieillissement Etude de cisaillement Modélisation des caractéristiques physiques du produit Etude des SARA (saturé, aromatique, résine, asphaltène) … Utilisation des méthodes d’ondes en tant que signature d’un produit Le terme émission acoustique recouvre une réalité plus vaste : Propagation d’ondes Vibration Courant de Foucault … Quelques difficultés répertoriées : Problème de la température Etude de milieux secs et humides Propagation en milieu granulaire Conditions aux frontières Réflexions multiples Diffraction Choix des fréquences propres, fréquences d’excitation Influence du milieu hétérogène Milieu élastique Milieu visqueux Milieu cassant … Méthodes possibles : Echographie (ultrasons) : zones de gris + traitement d’image+ stat Sonoélasticité (méthode ultrasonore) Elastographie (méthode ultrasonore) (Sonoélasticité : technique qui couple à la fois les vibrations mécaniques et le système d’imagerie ultrasonore Doppler) Méthode de résonnance acoustique Interférométrie speckle ultrasonore Microscopie acoustique Spectrométrie ultra résonnante Spectrométrie photoacoustique … 3/139 http://kndstat.jimdo.com © 2014 Table des matières Synthèse globale Quelques références et liste des termes importants Principes du contrôle non destructif Acoustique industrielle : principes et méthodes Positionnement de l'émission acoustique dans le contrôle non destructif Un rappel de la définition de la fréquence propre d'un système Préalable : rappel théorique sur les ondes Ondes et stabilité d'un milieu Types d'ondes Paquet d'ondes Vibrations mécaniques Ondes élastiques dans milieux bornés Transformations des ondes lors de la propagation Emission acoustique Partie 2 : chapitre portant sur la présentation de techniques Sonochimie : les ultrasons Génération des ultrasons Pression de radiation et homogénéisation de liquide Pression acoustique et cavitation ultrasonore Bulle de cavitation acoustique Phénomènes physiques et chimiques associés à la cavitation ultrasonique Paramètres opératoires affectant la cavitation ultrasonore Conclusions Contrôle acoustique Spectroscopie ultrasonore résonante et méthodes échographiques Sonoélasticité et élastographie Imagerie par tomogrphie en transmission Propagation d'ondes acoustiques dans les milieux granulaires et dans les matériaux hétérogènes Interférométrie speckle ultrasonore : applications à la mesure de l'élasticité Une méthode d'investigation : interférométrie speckle ultrasonores La microscopie acoustique Partie 3 : chapitre portant spécifiquement sur les études traitants de problèmes liés aux bitumes Mémoire 1 : endommagements à la fatigue et fissurations mécaniques des enrobés Mémoire 2 : contribution à l'étude de l'auscultation des chaussées par méthodes d'impacts Examen de la méthode de mesure par technique radar Auscultation par inertance mécanique avec le système Colibri La méthode impact Echo Définition coefficient de Lamé Ondes de volume Ondes de surfaczs et interfaces Ondes de Rayleigh Ondes de Lamb Bases de la méthode impact Echo Définition du coefficient de Poisson Système Colibri Calcul des fréquences propres Rappel module d'Young La méthode d'Oberst Applications : détection d'un défaut par réduction de la première fréquence propre 4/139 http://kndstat.jimdo.com © 2014 Contribution à l'étude de l'auscultation des chaussées par méthode d'impact mécanique Applications : fissuration et autoréparation des liants bitumineux Comportement viscoélastique des liants bitumineux Viscoanalyse La mesure du module complexe des enrobés bitumineux Principes d'équivalence temps-tempréature Mesure du module des enrobés bitumineux Performances rhéologiques des enrobés et des enrobés spéciaux Mesures de module Essais de caractérisation de la résistance à la fissuration des liants bitumineux Emissions acoustiques Ultrasons Chaines d'acquisition et mise au point de mesures ultrasons Temps de parcours dans les protubérances Temps de parcours dans le bitume Les propriétés des bitumes Partie 4 : quelques exemples d'applications Caractérisations des matériaux granulaires par méthodes résonnance acoustique Simulation par éléments finis de la propagation d'ondes de surface Présentation du logiciel Comsol Multiphysics Quelques applications : contrôle par ultrason Biodiésel à partir d'algues en utilisant l'ultrasonification Mesure de débit non intrusive par ultrason Quelques applications et services de la socitié Olympus Power System Q-CM Technology Caractérisation acoustique et ultrasonore de produits bois et composites 5/139 http://kndstat.jimdo.com © 2014 Quelques références et liste des termes importants: Quelques unités universitaires travaillant sur ces domaines : Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, Université de Bordeaux : Laboratoire de Mécanique Physique Ecole Nationale des Travaux Public de l’Etat Institut National des sciences appliquées de Lyon (INSA) Institut National des sciences appliquées de Rennes(INSA) Laboratoire central des Ponts et Chaussées, Bouguenais Ecole Central de Nantes Université Montpellier 2 (LMGC) Laboratoire de Mécanique et de Génie Civil CNAM Paris LMDI Laboratoire de physique des matériaux divisés et des interfaces Université Paris-Sud Orsay : ondes scalaires Ultrasons et sonochimie : université de Savoie (Chambéry), université Joseph Fourier (Grenoble) Université UTC Compiègne Institut Polytechniquede Grenoble Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne Exemples de quelques thèses : « Contribution à l’étude de l’auscultation des chaussées par méthode d’impact mécanique pour la détection et la caractérisation des défauts d’interface » – JM Simonin – 2005 – INSA « Endommagement à la fatigue et fissuration mécanique des enrobés bitumineux sur dalles orthotrope » Adrien Houel – 2008- INSA – ENTPE « Fissuration et autoréparation des liants bitumineux – apport de l’essai de rupture locale répété sur bitume » - « Tomographie acoustique haute résolution dans un guide d'ondes océanique » thèse de Ion Iturbe, Institut National Polytechnique de Grenoble « Caractérisation des matériaux granulaires par méthode de résonance acoustique » Jérôme Laurent – Mémoire – CNAM Paris - 2007 « Interférométrie speckle ultrasonore : application à la mesure d’élasticité » Stefan Catherine – 1998 – Université Paris VII « Etude de l'endommagement de matériaux composites par tomographie X et émission acoustique » thèse de Vicent Carmona, INSA Lyon Thèse de doctorat : Maillard Samuel – 2005- Université de Nantes et Ecole Centrale de Nantes D'autres thèses seront citées dans ce document Divers livres et articles: « Auscultation dynamique des structures de chaussée» - Méthode d’essai des Ipc n°70- LCPC « Caractérisation acoustique et ultrasonore des produits bois et composites » Brancheriau L. 2013. Montpellier : UM2. CIRAD la recherche argonomique pour le développement Livre « Vibration mécanique » - JP Den Hartog – Dunod 1960 Livre « Cours de physique général : mécanique » - G Bruhat – Mmasson & Cie - 1967 Article : « Angst+Pfister » : Titre : Technologie de l’anti vibration et protection contre le bruit : www.angst-pfister.com/ D'autres livres et articles seront cités dans ce document Autres : Logiciel « ondesAcqui » créé par Blanc-Gonnet sous Labview 6.1 – ENTPE et CNRS Logiciel : COMSOL Multiphysics : logiciel basé sur les éléments finis (cf fin du document) Logiciel : http://www.xylo-metry.org/en/softwares.html 6/139 http://kndstat.jimdo.com © 2014 Liste de termes importants : Courants de Foucault Coefficient de Poisson Coefficient de transmission T Coefficient de réflexion R Coefficient d’amortissement Contraintes élastiques Coefficient de Lamé Complaisance Déflexion statique Ductibilité Emission acoustique Enthalpie différentielle Elastographie Espace de Black Fréquence propre Fonction d’inertance Fonction de réceptance Fonction de fluage Fonction de relaxation Inertance acoustique Inductance électrique Impédance électrique Loi de Hooke Module d’Young Méthodes échographiques Méthode d’Oberst Microscopie acoustique Module d’élasticité isostatique Module de cisaillement Module complexe Nano indentation Onde de Rayleigh Onde de Lamb Sonochimie Sonoélasticité Speckles Spectrométrie ultrasonore résonante Susceptibilité thermique Température de Fraass Tomographie Ultrasons 7/139 http://kndstat.jimdo.com © 2014 Partie 1 Chapitre portant sur quelques définitions 8/139 http://kndstat.jimdo.com © 2014 Principes du contrôle non destructif « Le contrôle non destructif (CND) est l’ensemble des méthodes qui permettent de caractériser l'état d'intégrité de structures ou de matériaux sans les dégrader (sans altérer leur fonction d’usage) ». Le développement des méthodes de contrôle non destructif a débuté vers les années 1960-1970 pour répondre aux uploads/Industriel/ apport-industriel-potentiel-de-la-propag.pdf

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