Étude de la diffraction par le bord de fissure de faisceau ultrasonore focalisé et applications dans les essais de la mécanique de la rupture

Study of the diffraction of focussed ultrasonic beam by crack tip and applications in fracture mechanics tests

• Auteur / Autrice : Driss Bouami
• Direction : Dominique François
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique de la rupture
• Date : Soutenance en 1986
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rupture, Mécanique de la

Matériaux -- Fatigue

Matériaux -- Fissuration

Griffith, Fissure de

Propagation de faisceau, Méthode de

Diffraction

Ultrasons

Mots clés libres

Échodynamique

Émoussement

Déchirure ductile

Résumé

Nous avons développé et breveté une méthode ultrasonore nouvelle que nous avons baptisée MU3F (Mesures par Ultrasons Focalisés sur les Fronts de Fissures). Elle est basée sur l'étude de l'évolution de l'amplitude d'échos et / ou de la position du pic d'échodynamique dus à la diffraction qui émane d'un coin d'entaille ou d'un bord de fissure. On a pu ainsi réaliser les performances suivantes : la détection précoce de l'amorçage de fissure de fatigue ; le suivi automatique de la propagation de fissure de fatigue ; la détection et le mesurage de la fermeture et de l'ouverture de fissure ; la détermination de la forme du front de fissure même courbé ; la détection de l'émoussement de fissure, la possibilité de mesurer l'ouverture en fond de fissure (C. T. O. D. ) peut-être envisagée ; la détection très précise de l'amorçage de déchirure ductile lors d'un chargement monotone ce qui permet de mesurer J1C de façon précise ; le suivi automatique de la propagation stable sous déplacement imposé, on peut ainsi déterminer la courbe jusqu'à des ouvertures importantes de fissure. Mais auparavant, pour choisir une bonne configuration technique et pour améliorer la sensibilité et la précision de la méthode proposée, nous avons fait plusieurs études expérimentales préalables des influences sur l'allure des pics d'échodynamique : des orientations du faisceau ultrasonore focalisé (angle de convergence, fréquence et diamètre de tache focale). Pour mieux connaître un tel phénomène afin de mieux l'utiliser et en expliquer les manifestations, nous avons réalisé deux études bibliographiques aussi complètes que possible : étude des aspects de diffraction de bord ; étude des principaux théories et modèles théoriques de diffraction. En outre, ayant mis en exergue les différentes performances de la méthode MU3F, il était logique de la situer parmi les autres méthodes déjà utilisées pour les mêmes besoins. C'est pour cela que nous avons fait une étude bibliographique aussi complète possible, de celles-ci ce qui nous a permis de les comparer à la méthode que nous avons mis au point.

We have developed and patented a new ultrasonic method which we have named MU3F (Measurements by Ultrasounds Focussed on Fatigue Fronts). It is based on the analysis of the evolution of the echo amplitude and/or of the position of echodynamic peak due to wave diffraction from a notch edge or a crack tip. With this method, we have realized the following applications : the early detection of fatigue crack initiation, the monitoring of fatigue crack propagation , the detection and measurement of crack opening and closure, the determination of the crack front even if it of a pronounced thumbnail shape ; the detection of crack blunting, the possibility of measuring the C. T. O. D. (Crack Tip Opening Displacement) can be intended ; the accurate detection of the initiation of ductile tearing in specimen under monotonic loading : this allows the accurate measurement of J1C ; the automatic monitoring of stable growth under fixed displacement, the curve JR can be determined until large Crack Opening Displacements (C. O. D. ). However, previously, in order to choose a good technical configuration and to improve the sensitivity and the accuracy of the method we proposed, we have carried out many experimental studies : studies of the influences, on the shape of the echodynamic peaks, exercised by the orientations of the focussed ultrasonic beam with respect to the crack plane and its front , the focussed beam characteristics (convergence angle, frequency and focal zone diameter). With the intention of understanding this phenomenon in order to exploit it efficaciously and to explain some of its appearances we have realized two bibliographical studies as completely as possible : study of the different aspects of wave tip diffraction ; study of the main theories and theoretical models of diffraction. Furthermore, in order to compare the method we proposed to the existing others used for the same applications, we have carried out a bibliographical study on those methods.