Approches numériques basées sur les ondes pour le contrôle non destructif des assemblages composés de guides d’ondes élastiques rectilignes connectés par des jonctions coudées

Wave-based numerical approaches for non-destructive testing of structural assemblies involving straight waveguides and curved joints

• Auteur / Autrice : Diego Salam Claro
• Direction : Jean-Mathieu Mencik
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique
• Date : Soutenance le 07/05/2024
• Etablissement(s) : Bourges, INSA Centre Val de Loire en cotutelle avec Institut national des sciences appliquées (Centre Val de Loire ; 2014-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique Gabriel Lamé (Orléans ; 2018-....)
• Jury : Président / Présidente : Denis Duhamel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Mathieu Mencik, Denis Duhamel, Etienne Balmès, Fabien Treyssède, Vivien Denis, Christophe Droz, Christine Funfschilling
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Etienne Balmès, Fabien Treyssède

Mots clés

Mots clés libres

Méthode Wave Finite Element

Propagation d'ondes

Jonctions coudées

Détection de défauts

Temps de vol

Wave finite element method

Wave propagation

Curved joints

Defect detection

Time of flight

Résumé

Cette thèse étudie la détection et la localisation des défauts dans les assemblages de guides d'ondes, en explorant l'interaction entre les ondes se propageant dans des assemblages de guides d'ondes droits contenant des jonctions coudées et des défauts. A cet effet, la méthode Wave Finite Element (WFE) est utilisée. Des expériences numériques valident la robustesse et la précision de la méthode WFE à partir de comparaisons avec des solutions analytiques et éléments finis, en se concentrant particulièrement sur les courbes de dispersion et les réponses forcées. En élargissant l'étude aux assemblages comportant des éléments de couplage, tels que des joints et des défauts, l'étude met en évidence l'efficacité de la méthode WFE dans des scénarios impliquant de tels assemblages. Une nouvelle stratégie utilisant un formalisme en matrices de diffusion est proposée pour la localisation des défauts, qui met l'accent sur les structures contenant des jonctions coudées. L'approche repose sur le calcul du temps de vol de paquets d'ondes transmis ou réfléchis au niveau d'un élément de couplage. La stratégie est validée par des simulations numériques, démontrant la précision de la localisation des défauts pour divers scénarios, notamment des poutres 2D en contraintes planes et des tuyaux avec une jonction coudée et un défaut. Les structures élasto-acoustiques sont également traitées. Une stratégie de réduction basée sur la méthode de Craig-Brampton avec des vecteurs d'enrichissement est proposée pour améliorer le coût de calcul de la modélisation des éléments de couplage. L'analyse des coefficients de transmission et de réflexion en puissance des ondes dans des structures présentant des défauts et des jonctions met en évidence la pertinence du mode de torsion dans les contrôles non destructifs par ondes guidées dans ce type de système. Ces travaux de recherche contribuent non seulement à la compréhension de la propagation des ondes dans les assemblages de guides d'ondes, mais proposent également des stratégies pratiques pour une détection et une localisation précise des défauts, avec des applications potentielles dans divers contextes d'ingénierie.

This thesis investigates defect detection and localization within waveguide assemblies, exploring the interaction between waves in straight waveguides with curved joints and defects. For this purpose, the Wave Finite Element (WFE) method is used. Numerical experiments validate the robustness and accuracy of the WFE method through comparisons with analytical and Finite Element solutions, particularly focusing on dispersion curves and forced responses. Extending the investigation to assemblies with coupling elements, such as joints and defects, the study highlights the efficiency of the WFE method in scenarios involving waveguides.A novel strategy is proposed within the scattering matrix formalism for defect localization, with a specific emphasis on structures containing curved joints. The approach relies on computing the time of flight of narrow wavepackets transmitted or reflected at a coupling element. The strategy is validated through numerical simulations, showcasing precision in defect localization for diverse scenarios, including 2D plane-stress beams and pipes, with a curved joint and a defect.Elasto-acoustic structures are also treated. A reduction strategy based on Craig-Brampton reduction with enrichment vectors is proposed for computational efficiency to model coupling elements. Analysis of power transmission and reflection of waves in structures with defects and joints highlights the significance of the torsional mode in guided wave-based non-destructive testing in this type of system.This research work contributes not only to the understanding of wave propagation in waveguide assemblies but also offers practical strategies for accurate defect detection and localization, with potential applications in diverse engineering contexts.