Ondes guidées dans les plaques minces anisotropes et absorbantes appliquées à la caractérisation non-destructive du papier

Guided waves in anisotropic and absorbing thin plates applied to the paper non destructive characterization

• Auteur / Autrice : Anne Bonnin
• Direction : Marc Deschamps
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Bordeaux 1

Résumé

L'analyse d'ondes ultrasonores guidées de fréquence faible est mise à profit dans le but de caractériser des feuilles de papier considérées comme des plaques minces et absorbantes constituées d'un matériau orthotrope à caractère viscoélastique. On montre que les différents phénomènes observés dans ce cas sont régis par huit rigidités équivalentes intrinsèques à chaque matériau. Leur identification est réalisée simultanément avec la direction principale d'anisotropie à l'aide d'un algorithme numérique, sous hypothèse de faible atténuation. De plus, un nouveau dispositif constitué de quatre équipages de transducteurs ultrasonores au contact autorise la génération et la détection séparée d'ondes soit assimilées au mode S₀ de Lamb, soit au mode SH₀ de cisaillement de plaque permettant d'atteindre la mesure conjointe de la célérité et de l'atténuation de ces différentes ondes au sein de la feuille de papier. Sur l'échantillonnage des papiers industriels et de laboratoires testés, l'évolution des diverses constantes en fonction de l'humidité relative en régime de sorption est clairement mise en évidence. À ce sujet, la synthèse de l'ensemble des résultats acquis conduit à considérer comme incomplète, voire inadéquate, une prévision du comportement des papiers à ces fréquences, basée sur la seule variation de l'activité des liaisons inter-fibre.

The propagation analysis of guided ultrasonic waves at low frequency is used to determine the mechanical properties of paper sheets. In the following, these are assumed to be thin plates made of orthotropic and viscoelastic material. It is also demonstrated that the propagation phenomenon is governed by height intrinsic equivalent rigidities of the material under consideration. Assuming that the attenuation is small, their determination is made simultaneously with the anisotropy principal directions using a minimisation numerical algorithm. A new device including four sets of contact ultrasonic transducers makes the generation and the detection of the first symmetric Lamb wave mode (S₀) and the first shear wave mode (SH₀) respectively in the medium possible. Both velocities and attenuations can be measured. Both industrial and laboratory papers have been tested under increasing moisture content corresponding to a variation of relative humidity of air. Changes in rigidities are clearly put in an obvious place. Thus, the fall in rigidities is different over two distinct ranges of moisture content for each paper. Nevertheless, the analysis of all the results presented in the paper leads to demonstrate that the mechanical behaviour prediction of paper only based on fibre bonding deactivation mechanism is incomplete or even inadequate when using ultrasonic evaluation of paper at low frequencies.