Modélisation et détermination expérimentale de l’atténuation ultrasonore dans les matériaux polycristallins
Auteur / Autrice : | Massoud Oudaa |
Direction : | Quentin Leclère |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Acoustique |
Date : | Soutenance le 24/09/2020 |
Etablissement(s) : | Lyon |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....) |
Partenaire(s) de recherche : | établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....) |
Laboratoire : LVA - Laboratoire Vibrations Acoustique (Lyon, INSA) - Laboratoire Vibrations Acoustique / LVA | |
Jury : | Président / Présidente : Michel Castaings |
Examinateurs / Examinatrices : Quentin Leclère, Michel Castaings, Joseph Moysan, Michel Darmon, Claire Prada, Bing Tie, Rachid El Guerjouma, Pierre-Emile Lhuillier | |
Rapporteur / Rapporteuse : Joseph Moysan, Michel Darmon |
Mots clés
Résumé
Les performances de détection de défauts des contrôles non destructifs par ultrasons sur les matériaux polycristallins, peuvent être altérées par une forte atténuation du faisceau ultrasonore induite par la diffusion des ondes ultrasonores par les joints de grains. L’objectif de ce travail de thèse est d’identifier les caractéristiques microstructurales influentes sur l’atténuation dans deux types de matériaux : les matériaux isotropes à gros grains – représentés ici par un alliage à base nickel et les matériaux anisotropes texturés, représentés par les soudures en acier austénitique. Une approche de modélisation par éléments finis est implémentée en couplant le code ATHENA®, avec une description de la microstructure à l’échelle des grains (GSM). Cette approche permet d’étudier la contribution de la diffusion à l’atténuation des ondes longitudinales dans ces matériaux hétérogènes, en tenant compte de leurs propriétés morphologiques, élastiques et cristallographiques. Des simulations sont effectuées en 2D et 3D pour les deux matériaux. L’atténuation par diffusion est déterminée par deux méthodes. D’une part, elle est calculée à partir de la décroissance de l’amplitude des échos de fond multiples simulés. Dans cette méthode, la contribution de la diffusion par la microstructure est isolée par comparaison avec une atténuation obtenue dans un matériau homogénéisé équivalent. D’autre part, elle est calculée par décomposition du faisceau ultrasonore transmis à travers l’échantillon en spectre angulaire d’ondes planes monochromatiques. Les résultats numériques montrent l’influence de nombreux paramètres sur l’atténuation tels que la taille de grains, la distribution des tailles de grains, l’orientation cristallographique, les joints de grains et la fréquence du capteur. Enfin, les résultats numériques sont comparés avec des données expérimentales et des prédictions théoriques obtenues par des modèles analytiques. Cette comparaison montre la capacité de l’approche GSM, notamment la simulation 3D à reproduire l’atténuation par diffusion dans les microstructures complexes de matériaux isotropes non texturés et anisotropes texturés.