Evaluation non destructive des matériaux par ultrasons : caractérisation de l'état initial et suivi sous charge des propriétés d'élasticité linéaire et non linéaire d'alliages d'aluminium

= Nondestructive ultrasonic evaluation of materials : initial and under load characterization of linear and nonlinear elastic properties of aluminium alloys

• Auteur / Autrice : Matthieu Dubuget
• Direction : Jean-Claude Baboux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA ; 1975-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Élasticité

Aluminium -- Alliages

Ultrasons

Résumé

L'objectif principal de ce travail est l'évaluation ultrasonore des propriétés d'élasticité linéaire et non linéaire d'alliages d'aluminium et leur suivi lors d'une déformation plastique. Dans ce but, un banc ultrasonore en immersion associé à une machine de traction a été développé. Il permet de mesurer les vitesses de propagation ultrasonore en incidence variable pour des matériaux sous traction uniaxiale. Hors charge, le problème inverse, qui consiste à identifier les constantes d'élasticité à partir des vitesses, a été résolu par une optimisation tridimensionnelle. Cette méthode a été validée par simulation, puis les neuf constantes d'élasticité de matériaux orthotropes (composites) et quasi-isotropes (alliages d'aluminium) ont été identifiées. Les incertitudes associées ont été calculées par une méthode statistique de type Monte-Carlo. Sous charge, l'anisotropie induite par une déformation élastique a été étudiée, et les constantes d'élasticité du troisième ordre d'alliages d'aluminium ont été déterminées par optimisation sur les réponses acoustoélastiques. Pour de faibles taux de déformation plastique, l'effet des dislocations sur les vitesses de propagation a été mis en évidence. L'effet de la déformation plastique sur les constantes d'élasticité du troisième ordre a été étudié au travers du paramètre de non linéarité. Pour les grandes déformations plastiques, la caractérisation in situ s'est avérée difficile, principalement en raison de la non-uniformité de la déformation plastique dans la zone de mesure. Après rectification des éprouvettes, de faibles variations de vitesses et de constantes d'élasticité effectives du deuxième ordre en fonction de la déformation plastique ont été observées. Malgré la difficulté pour évaluer l'endommagement des alliages d'aluminium au moyen d'ondes de volume, la précision du montage expérimental a permis d'acquérir ces paramètres, traduisant l'anisotropie de l'endommagement.

The first aim of this work is to evaluate the linear and nonlinear elastic properties of weak anisotropic aluminium alloys at their initial state and to follow their evolution during a plastic strain. Considering this aim, an instrumentation was implemented, composed of an ultrasonic tank combined with a tensile machine. This device allows the measurement under load of the ultrasonic velocity for various directions of propagation through the material. Without the load, the inverse problem, that is to say the determination of the elastic constants from the ultrasonic velocities was solved by means of a three-dimensional optimization. This method has been checked by simulation, and the nine elastic constants of orthotropic materials (composites) and quasi-isotropic materials (aluminium alloys) were determined. The associated uncertainties were evaluated too, using a Monte-Carlo statistic method. Under load, the anisotropy induced by an elastic deformation was studied, and the third order elastic constants of aluminum alloys were determined by an optimization on the acoustoelastic responses. For small plastic strains, the effect of dislocations on ultrasonic velocities was pointed out. The effect of the plastic strain on the third order elastic constants was examined through the nonlinearity parameter. For large plastic strains, the in situ characterization proved difficult, principally because of the nonuniformity of the plastic strain in the area of measurement. After the test pieces have been machined, small variations of the ultrasonic velocity and of the second order elastic constants with plastic strain were detected. Despite how difficult it is to evaluate aluminium alloys being damaged by means of ultrasonic waves, the precision of the instrumentation allowed us to acquire these parameters, attesting to the anisotropy of the damage.