Prédiction modale du rayonnement d’ondes élastiques guidées par une source quelconque dans une structure fine - application au contrôle non destructif

Modal prediction of elastic guided waves fields radiated by an arbitrary source in thin structures - application to nondestructive testing

• Auteur / Autrice : Jordan Barras
• Direction : Alain Lhémery
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques et Informatique
• Date : Soutenance le 15/10/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'intégration des systèmes et des technologies (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2001-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Jury : Président / Présidente : Didier Clouteau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Deschamps, Sébastien Grondel, Anne-Sophie Bonnet-Ben Dhia, Mike Lowe, Vincent Pagneux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Deschamps, Sébastien Grondel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation, Méthodes de

Ultrasons -- Applications industrielles

Contrôle non destructif

Ondes élastiques -- Propagation

Mots clés libres

Ondes élastiques guidées

Contrôle non-destructif

Modélisation

Simulation

Méthodes rayons

Elastic guided waves

Non-destructive testing

Modelling

Simulation

Ray methods

Résumé

Cette thèse porte sur la modélisation de la propagation d’ondes élastiques guidées (OG) dans des structures fines - de type plaque - en vue de leur contrôle non-destructif (CND). Ces ondes sont générées par des traducteurs ultrasonores quelconques placés à la surface de la pièce - par exemple une céramique PZT ou un EMAT. On développe un modèle semi-analytique, nommé modèle du pinceau modal d’ondes guidées. Ce modèle se base sur les approximations de l’acoustique géométrique, ce qui le rend particulièrement performant du point de vue numérique et permet de simuler la propagation d’OG sur de longues distances plus rapidement qu’avec des modèles numériques classiques. Le champ de déplacement est alors prédit seulement aux points d’intérêt. Un pinceau peut être utilisé pour traiter de façon générique les réflexions multiples d’une onde sur les bords latéraux de la plaque. Le modèle prend également en compte aussi bien les matériaux métalliques (isotropes) que les matériaux composites (anisotropes) ; la plaque peut également être courbée et avoir des propriétés mécaniques continûment variables. Les formes d’ondes sont obtenues sous la forme de leur décomposition modale, ce qui facilite grandement leur interprétation. Enfin, des comparaisons avec un modèle d’éléments finis permettent de valider l’approche de pinceaux.

This thesis focuses on the modelling of the propagation of elastic guided waves (GW) in thin plate like structures for their non-destructive testing (NDT). These waves are generated by any ultrasonic transducer positioned on the surface of the piece - for example, a PZT ceramic or an EMAT. A semianalytical model, the so-called GW modal pencil model, has been developed. It is based on the geometrical acoustic approximation, which makes it particularly efficient from a numerical point-of-view and able to simulate GW propagation over long distances faster than with conventional numerical models. The displacement field is then predicted only at the points of interest. The pencil model can be used to generically deal with multiple reflections of GW on plate edges. It also takes into account plates made of either metallic (isotropic) or composite (anisotropic) materials. The plate can be curved and have continuously variable mechanical properties. The waveforms are obtained in the form of their modal decomposition, which greatly eases their interpretation. Finally, comparisons with a finite element model allow the pencil approach to be validated.