Contribution à la modélisation tridimensionnelle de la technique thermo-inductive de contrôle non destructif : développement d'un outil de conception, d'analyse et d'aide à la décision

Contribution to the three-dimensional modeling of the non-destructive thermo-inductive technique : development of a tool for design, analysis and decision support

• Auteur / Autrice : Brahim Ramdane
• Direction : Javad Fouladgar, Didier Trichet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique et génie électrique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et technologies de l'information et des matériaux (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation tridimensionnelle

Éléments finis, Méthode des

Chauffage par induction

Foucault, Courants de

Contrôle non destructif

Mots clés libres

Thermographie infrarouge

Contrôle non destructif (CND)

Courants de Foucault (CF)

Eléments coques

Modélisation magnétothermique

Résumé

La complexité grandissante des pièces fabriquées et les exigences croissantes en terme de sûreté de fonctionnement conduisent à mettre en place de nouveaux procédés de CND. Dans ce travail, une nouvelle méthode appelée technique thermo-inductive a été développée et étudiée. C'est une combinaison et alternative intéressante du CND par courant de Foucault et de la thermographie infrarouge. Cette méthode est basée sur l'utilisation conjointe des phénomènes électromagnétique et thermique pour avoir une bonne sélectivité des défauts. La pièce inspectée est chauffée par induction et la présence du défaut est révélée par la perturbation des courants induits et du champ de température qui se propage à la surface et peut être ainsi détecté par une caméra infrarouge. L'étude porte sur la conception, la caractérisation et l'optimisation de cette nouvelle méthode. Dans cet objectif, un logiciel de simulation numérique 3D basé sur la méthode des éléments finis décrit dans l’espace des éléments de Whitney a été développé dans un environnement Matlab®. Le comportement non linéaire et la nature anisotropique des matériaux sont pris en compte par le code développé. Cet outil est bien adapté à la modélisation des défauts grâce aux éléments coques implémentés. Une estimation fiable des caractéristiques géométriques de défauts est obtenue par l’analyse des résultats à l’aide de deux paramètres de discrimination complémentaires que sont les contrastes d'amplitude et de phase. Ces analyses complétées par des essais expérimentaux montrent que la qualité de la détection des défauts est fortement influencée par la forme de l’inducteur, les caractéristiques physiques de la pièce et des défauts, la fréquence électromagnétique et le temps de chauffage et d’acquisition. Une comparaison de la technique thermoinductive avec la thermographie infrarouge classique montre que cette nouvelle technique est plus efficace en terme de détection de défauts. Des applications industrielles typiques du CND dans les secteurs automobile et aéronautique ont été étudiées et mises en oeuvre. Les résultats ont montré la capacité d'adaptation et la pertinence de la technique pour une potentielle intégration dans un processus industriel.

The growing complexity of manufactured pieces and the increasing need of reliability lead to development of new processes of NDT. In this work, a new method called the thermo-inductive technique has been developed and studied. It is an interesting alternative of eddy current NDT and infrared thermography. This method is based on the use of both electromagnetic and thermal phenomena in order to obtain a good selectivity of defects. The piece is heated by induction and the presence of default is detected by the perturbation of eddy currents and temperature field which propagates at the piece surface and can be observed by an infra red camera. The study focuses on the design, characterization and optimization of the new method. In this perspective, a 3D numerical coupled software using Whitney’s elements has been developed under Matlab environment. The non linear behaviour and the anisotropy of the different physical properties of materials are taken into account. This tool is well suited for modeling defects thanks to the shell elements implemented in it. A reliable estimation of defect characteristics is obtained by analysing the results using two complementary discrimination parameters which are the temperature and phase contrast. Theses analyses completed by experimental results show that the quality of detection depend largely on the inductor form, the physical properties of the piece, the electromagnetic frequency and the heating and sampling time. A comparison of the thermo-inductive technique with the conventional infrared thermography method showed that the new technique is more efficient in terms of defect detection. Some typical industrial applications of NDT in the aeronautic and automotive sectors have been studied and implemented. The results have demonstrated the relevance of the thermo-inductive technique and its adaptability to a possible integration into an industrial process.