Estimation des contraintes résiduelles dans le verre par méthode ultrasonore

Residual stresses estimation in glass by the use of ultrasonic method

• Auteur / Autrice : Dany Devos
• Direction : Mohammadi Ouaftouh
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contrôle non destructif

Traitement thermique

Verre

Verre -- Fabrication

Rayleigh, Diffusion de

Contraintes résiduelles

Ultrasons

Résumé

L’estimation des contraintes résiduelles constitue un enjeu important pour l’industrie verrière. En effet, la résistance mécanique des pièces en verre est fortement liée à la répartition de contraintes internes qui existent en leur sein. Cette étude concerne l’évaluation non destructive de ces contraintes par méthode ultrasonore. La variation de la vitesse de propagation des ondes acoustiques en fonction de la contrainte constitue la théorie de l’acoustoélasticité. Dans le cadre de cette théorie, nous avons étudié la dépendance de la vitesse de propagation de l’onde de Rayleigh en fonction des profils de contraintes résiduelles issues de trempes et de flexion. Cette onde a été privilégiée car sa dispersion avec le gradient de contrainte permet d’analyser le matériau dans son épaisseur. L’originalité de ce travail réside dans la levée de la dégénérescence des constantes élastiques apparentes, dans l’introduction du coefficient acoustoélastique de surface et enfin dans l’étude théorique de l’influence du profil de contrainte sur la propagation de l’onde de Rayleigh en fonction de la fréquence. Différentes techniques de mesure ont été mises en œuvre (génération/détection piézo-électrique et détection laser) sur différents échantillons dont une plaque de verre silico-sodo-calcique trempée thermiquement de façon non uniforme. De plus, une double détection interférométrique a permis de surmonter les difficultés liées à la courbure. Les résultats expérimentaux mettent en évidence la sensibilité et les potentialités de la méthode ultrasonore pour l’estimation des contraintes résiduelles dans le verre

The estimation of residual stresses is important in the glass industry. Indeed, the mechanical strength of piece of glass is strongly linked to the internal stresses distribution. This study deals with the nondestructive evaluation of these stresses by the use of ultrasonic method. The variation of the velocity of acoustic wave propagation according to the stresses constitutes the acoustoelasticity theory. Within the framework of this theory, we have studied the dependence of the velocity of Rayleigh wave propagation according to residual stress profiles resulting from quenching and bending. This wave has been chosen because its dispersion with the stress gradient makes it possible to analyze the thickness of the material. The originalities of this work are: the study of the equivalent elastic constant in natural coordinates, the introduction of the surface acoustoelastic coefficient and the theoretical analysis of the influence of the stress profile on the Rayleigh wave propagation versus frequency. Various measurement techniques have been implemented (piezoelectric generation/detection and laser detection) on various samples and especially on a soda-lime-silica glass which has been thermally quenched in a nonhomogeneous way. Moreover, a double interferometric detection made it possible to overcome the difficulties related to the surface curve. The experimental investigations highlight the sensitivity and the potentialities of the ultrasonic method for the estimation of the residual stresses in glass