Simulation 3D de la génération et de la réception d'ondes guidées : application à la détection de défauts dans des structures composites

par Weina Ke

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Michel Castaings.

Le président du jury était Christophe Bacon.

Le jury était composé de W.-x. Hu, H.-l. Zhang, M.-l. Qian, W.-j. Xu.

Les rapporteurs étaient H.-h. Feng, G.-r. Li.


  • Résumé

    Le Contrôle Non Destructif (CND) de matériaux est en forte expansion dans les domaines de l’aéronautique, de l’aérospatial, des transports et bien d’autres. Les ondes ultrasonores guidées constituent un moyen puissant pour la mise en œuvre du CND, car elles se propagent sur de grandes distances tout en interrogeant les structures à cœur. L’emploi de transducteur à couplage par air, disposés d’un même coté, permet de faire du CND sans contact et sans démontage des pièces testées. Cette thèse a consisté à modéliser, en 3 dimensions et par éléments finis, un système de CND ultrasonore à ondes guidées. Le modèle prend en compte la taille finie des transducteurs, l’ouverture angulaire des faisceaux, la diffraction dans toutes les directions, l’anisotropie, la viscoélasticité et l’hétérogénéité des matériaux. Les prédictions numériques sont systématiquement comparées à des mesures expérimentales. Trois structures ont été étudiées avec succès : une plaque en aluminium avec un trou, une plaque en verre-époxyde avec un dommage causé par impact, un réservoir haute pression ASTRIUM pourvu d’un décollement entre son liner en Titane et son bobinage en carbone-époxyde.


  • Résumé

    The Non Destructive Testing (NDT) of materials is rapidly expanding in the fields of aeronautics aerospace, transportation, and so on. Guided ultrasonic waves are a powerful means for the implementation o the NDT because they can spread over large distances while interviewing through structures. The use of air coupled transducer allows both non-contact NDT and non-disassembly of tested parts. This thesis is mainly about three-dimensional finite element modelling, and an ultrasonic NDT system based on guided waves. The model takes into account the finite size transducers, the angle of beam diffraction in all directions, anisotropy viscoelasticity and heterogeneity of materials. The numerical predictions are systematically compared with experimental measurements. Three specimens have been studied with success: an aluminium plate with a hole glass-fibre plate with an impact damage, a high pressure tank provided by ASTRIUM with a disbonding defec between the liner titanium layer and wound carbon - fibre.


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