Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

DÉVELOPPEMENT DE MODÈLES ASYMPTOTIQUES EN CONTRÔLE NON DESTRUCTIF (CND) PAR ULT

DÉVELOPPEMENT DE MODÈLES ASYMPTOTIQUES EN CONTRÔLE NON DESTRUCTIF (CND) PAR ULTRASONS : INTERACTION DES ONDES ÉLASTIQUES AVEC DES IRRÉGULARITÉS GÉOMÉTRIQUES ET PRISE EN COMPTE DES ONDES DE TÊTE Thèse présentée et soutenue par : Adrien FERRAND Mardi 13 mai 2014 Soutenance de thèse Université de Bordeaux I – École doctorale SPI Mme. FARRA, Véronique Physicienne Adjointe, IPGP Paris Rapportrice M. BOUCHE, Daniel Directeur de recherches CEA, CEA/DAM Arpajon Rapporteur M. DESCHAMPS, Marc Directeur de recherches CNRS, I2M Bordeaux Directeur de thèse M. DARMON, Michel Ingénieur-Chercheur Expert, CEA/LIST Gif- sur-Yvette Encadrant de thèse Mme. LUPPÉ, Francine Professeur des Universités, LOMC Le Havre Examinatrice M. MOYSAN, Joseph Professeur des Universités, LMA Aix- Marseille Examinateur M. MOLINET, Frédéric Ancien Directeur de MOTHESIM Membre invité En présence du jury : Le Contrôle Non Destructif CONTEXTE o Définition : ensemble des techniques non invasives permettant de caractériser et de vérifier l’état de pièces composant une structure industrielle o Objectif : assurer l’intégrité physique des structures industrielles o Domaines d’application : nucléaire, aéronautique, transport, sidérurgie, génie civil... o Nature des techniques : électromagnétisme, thermographie, chimie, mécanique… Journée des Thèses | Adrien FERRAND | 2 Les méthodes ultrasonores en CND o Principe des méthodes ultrasonores : • Génération d’ondes ultrasonores dans la pièce inspectée à l’aide de capteurs (piézoélectriques, EMAT) • Conclusion sur l’intégrité de la pièce en analysant les échos générés dans la pièce La technique TOFD (Time of Flight Diffraction) CONTEXTE Journée des Thèses | Adrien FERRAND | 3 o Présentation de la technique d’inspection TOFD • Technique CND ultrasonore • Détecter, positionner et dimensionner des défauts grâce à leurs échos de diffraction • Deux capteurs face à face reliés mécaniquement avec espacement fixe • Utilisée au contact et en immersion (en eau) Inspection au contact Émetteur Récepteur Défauts plan Direction de déplacement Direction de déplacement Ondes de tête en inspection TOFD sur pièce plane CONTEXTE Direction de l’inspection Emetteur Récepteur Défaut non débouchant Echantillon 3 2 & 2’ 1 2’ : Diffraction basse du défaut 3 : Onde de tête 1 : Réflexion sur le fond 2 : Diffraction haute du défaut Direction d’inspection Temps Journée des Thèses | Adrien FERRAND | 4 o Caractéristique de l’onde de tête • Onde reçue chronologiquement avant toutes les autres • Réfraction critique et Propagation le long de la surface plane • Informations sur l’état de surface et la position des défauts o Étude de l’onde de tête : Essentielle au diagnostic CND Onde de tête Réfraction critique Onde de tête rayonnant à l’angle critique Emetteur Récepteur Rayon incident Rayon reçu Interface plane Soutenance de thèse | Adrien FERRAND | 5 o Méthode industrielle : Réparation de pièces par retrait de matière • Détection de défauts puis retrait de la zone abimée en vue de son remplacement • Formation d’un affouillement avant remplacement L’inspection TOFD sur des pièces de surfaces irrégulières o Contrôle de la réparation • Principe : inspection TOFD sur l’affouillement • Objectif : s’assurer du retrait complet de la zone abimée • Irrégularité de la surface => perturbation du champ ultrasonore et de l’onde de tête Émetteur Récepteur Direction de déplacement Affouillement CONTEXTE Pièce Défaut Zone abimée Pièce Affouillement Retrait de matière Les ondes de tête sur une interface irrégulière CONTEXTE o Géométrie étudiée : l’affouillement Vue de côté Partie plane de l’échantillon Partie affouillement de l’échantillon Onde de tête Diffraction sur le défaut Direction d’inspection Temps Affouillement Défaut Transducteur Direction d’inspection Vue du dessus Transducteur Transducteur o Plusieurs différences expérimentales observées par rapport au cas plan Variations du temps de vol et de l’amplitude du signal de l’onde de tête Défaut Soutenance de thèse | Adrien FERRAND | 6 Problématique CONTEXTE o Logiciel CIVA (développé par CEA/LIST) : simulation d’inspections CND, dont technique TOFD, par méthodes semi-analytiques • Existant : échos de diffraction (GTD), échos de fond (Kirchhoff, élastodynamique géométrique) • Existant : ondes de tête sur interface plane (modèle fondé sur réfraction critique) Objectif de la thèse o Modéliser la propagation du champ de l’onde de tête sur surface irrégulière en inspection TOFD Journée des Thèses | Adrien FERRAND | 7 A développer : influence de la surface irrégulière sur le signal de l’onde de tête Onde de tête Emetteur Récepteur Rayon incident Rayon reçu Interface plane PLAN DE LA PRÉSENTATION CONTEXTE PARTIE I PARTIE II PARTIE III PARTIE IV CONCLUSIO N Approche en modélisation de la propagation de l’onde de tête sur géométrie irrégulière Développement d’un algorithme générique de tracé de rayons Modèles rayon pour le calcul en amplitude de l’onde de tête Intégration CIVA et validation du modèle de simulation de l’onde de tête Journée des Thèses | Adrien FERRAND | 8 APPROCHE EN MODÉLISATION DE LA PROPAGATION DE L’ONDE DE TÊTE SUR GÉOMÉTRIE IRRÉGULIÈRE CONTEXTE PARTIE I PARTIE II PARTIE III PARTIE IV CONCLUSION Partie I Partie II Partie III Partie IV APPROCHE EN MODÉLISATION DE LA PROPAGATION DE L’ONDE DE TÊTE SUR GÉOMÉTRIE IRRÉGULIÈRE Soutenance de thèse | Adrien FERRAND | 10 Bibliographie : l’onde de tête sur interfaces irrégulières en géophysique o Étude numérique de la propagation de l’onde de tête sur des interfaces irrégulières • Simulations par éléments finis : ondes SH sur plans inclinés, vallée, double vallée 1) 2) 3) 4) Z. Hong, C. Xiao-fei, Ray path head waves on irregular interface, Applied Geophysics, 2010 • Étude du temps de vol de l’onde de tête -> mise en évidence de plusieurs contributions : • Ondes rasantes : génération critique + propagation uniquement surfacique • Ondes partiellement en volume : issues de l’interaction surface/ondes réfractées En géométrie complexe, l’onde de tête = résultat de plusieurs phénomènes de propagation différents Soutenance de thèse | Adrien FERRAND | 11 o Simulation numérique d’une inspection TOFD sous CIVA/Athena • CIVA/Athena : logiciel hybride -> champ : modèle CIVA semi-analytique -> interaction champ/diffuseur : code éléments finis Athena (EDF) • Extraction des instantanés du champ ultrasonore • Analyse des fronts présents sur les instantanés o Configuration d’inspection : surface avec irrégularité cylindrique Étude numérique du champ élastodynamique en inspection TOFD sur un cylindre Partie I Partie II Partie III Partie IV APPROCHE EN MODÉLISATION DE LA PROPAGATION DE L’ONDE DE TÊTE SUR GÉOMÉTRIE IRRÉGULIÈRE 1) 2) 3) 4) Gengembre, N. et al., AIP Conf. Proc., 2004, vol. 700, p.74 Soutenance de thèse | Adrien FERRAND | 12 o Résultats de la simulation sous CIVA/Athena Étude du champ élastodynamique en inspection TOFD sur un cylindre Partie I Partie II Partie III Partie IV APPROCHE EN MODÉLISATION DE LA PROPAGATION DE L’ONDE DE TÊTE SUR GÉOMÉTRIE IRRÉGULIÈRE 1) 2) 3) 4) Soutenance de thèse | Adrien FERRAND | 13 o Analyse des instantanés du champ Étude du champ élastodynamique en inspection TOFD sur un cylindre pièce air surface L2 OTc3 ou T3 OTr fond T3 : Onde T diffractée sur la surface courbe OTc3 : Onde de tête T critique sur surface plane OTr : Onde de tête L reçue sur le capteur Partie I Partie II Partie III Partie IV APPROCHE EN MODÉLISATION DE LA PROPAGATION DE L’ONDE DE TÊTE SUR GÉOMÉTRIE IRRÉGULIÈRE 1) 2) 3) 4) L1 pièce air surface L2 OTc1 OTc1 ou T1 fond ombre géométrique L1 : Onde L réfractée dans la pièce T1 : Onde T réfléchie sur la surface courbe OTc1 : Onde de tête critique T sur la surface courbe L2 : Onde L diffractée le long de la surface courbe Soutenance de thèse | Adrien FERRAND | 14 Interprétation de la propagation de l’onde de tête Emetteur Récepteur Surface irrégulière Attachement sur le cylindre Réfraction Réfraction Rayon incident Rayon reçu Onde de tête Réfraction critique Onde de tête rayonnant à l’angle critique Emetteur Récepteur Rayon incident Rayon reçu Interface plane o Sur interface plane • Réfraction critique + propagation surfacique de l’onde de tête o Hypothèse de propagation sur interface irrégulière • Onde de tête : résultat de diffractions sur les irrégularités de l’interface dans le volume • Phénomènes de diffraction prévus par la Théorie Géométrique de la Diffraction Partie I Partie II Partie III Partie IV APPROCHE EN MODÉLISATION DE LA PROPAGATION DE L’ONDE DE TÊTE SUR GÉOMÉTRIE IRRÉGULIÈRE Résultats de simulations FEM Rayon diffracté 1) 2) 3) 4) Détachement du cylindre Soutenance de thèse | Adrien FERRAND | 15 o Introduction à la Théorie Géométrique de la Diffraction (GTD) • Théorie de type rayon étendant les possibilités de la théorie rayon géométrique • Théorie des rayons géométriques : rayons existants uniquement en zone éclairée • Théorie GTD : ajout de rayons diffractés dans les zones d’ombre • Calculs analytiques de diffraction sur obstacles canoniques (demi-plan, arête de dièdre, surfaces courbes) Extension de l’acoustique géométrique à la diffraction par des irrégularités Rayons géométriques Rayons diffractés Zone d’ombre Zone éclairée Objet canonique Partie I Partie II Partie III Partie IV APPROCHE EN MODÉLISATION DE LA PROPAGATION DE L’ONDE DE TÊTE SUR GÉOMÉTRIE IRRÉGULIÈRE 1) 2) 3) 4) J. B. Keller, Geometrical theory of diffraction, JOSA, vol.52, no. 2, pp.116-130, 1962 Solution proposée : modéliser la propagation des ondes de tête sur des géométries uploads/Management/ soutenance-afe-vfinale 1 .pdf