Interaction d'un faisceau ultrasonore avec un matériau multicouche anisotrope : Génération, propagation, rayonnement d'ondes de Lamb

par Stéphane Baly

Thèse de doctorat en Sciences mécaniques pour l'ingénieur

Sous la direction de Jean-François Amphoux de Belleval.

Soutenue en 2003

à Compiègne .


  • Résumé

    L'objet des travaux porte sur l'étude de l'interaction d'un faisceau ultrasonore avec une structure multicouches anisotropes. Nous avons développé un modèle permettant de simuler une expérience de contrôle non destructif par ondes ultrasonores de matériaux multicouches anisotropes. Il permet la compréhension des phénomènes d'interaction de faisceaux acoustiques et de propagation des ondes modales dans ces mêmes milieux. La prise en compte du faisceau s'effectue par décomposition en ondes planes monochromatiques. Nous considérons une plaque immergée dans un milieu fluide ainsi qu'une paire de transducteurs, l'un émetteur, l'autre récepteur, placés à des angles arbitraires et disposés librement dans l'espace. Le but du modèle est de simuler le signal détecté par le récepteur, conséquent à une variation de pression au niveau de la face avant, pour une excitation quelconque de l'émetteur. Le logiciel mis au point permet de traiter une géométrie tridimensionnelle. Nous montrons que la direction de propagation du faisceau de l'onde modale, normale à la courbe des lenteurs de Lamb, n'appartient plus au plan sagittal en raison de l'anisotropie. La déviation de faisceau de l'onde de Lamb est prédite en utilisant deux méthodes distinctes: une méthode analytique faisant appel aux courbes des lenteurs de Lamb et une méthode numérique utilisant le logiciel décrit précédemment. Le phénomène de déviation est illustré de façons numérique et expérimentale dans le cas d'une plaque Carbone-Epoxyde unidirectionnelle où les fibres ne sont pas nécessairement contenues dans le plan sagittal. Ensuite, nous présentons le calcul de la vitesse d'énergie pour des ondes de Lamb rayonnées dans une plaque immergée dans l'eau en utilisant une formulation analytique du vecteur vitesse de l'énergie. Les vecteurs énergie sont étudiés pour diverses structures et des phénomènes de focalisation sont notamment présentés.

  • Titre traduit

    Ultrasonic beam interaction with a multilayered anisotropic medium : Excitation, propagation, Lamb wave radiation


  • Résumé

    The object of the work presented in this thesis concerns the study of the interaction of an ultrasonic beam with an anisotropic multilayered structure. We have develop a model which allow one to simulate an ultrasonic non-destructive experiments conducted on anisotropic multilayered materials,. The study reveals the physics of the interaction of the acoustic beams with the plate and the nature of the propagation of the modal waves. Consideration of the ultrasonic bounded beam is made by decomposition into monochromatic plane waves. We consider a multilayered anisotropic plate immersed in a fluid media as well as two transducers, one emitter, the other receiver, at arbitrary angle and arranged freely in the space. The goal of this model is to simulate the signal detected by the receiver, following a pressure variation on the front face, and an arbitrary excitation of the emitter. Our software allows one to deal with three-dimensional geometry. We show that the direction of propagation of the modal wave beam, normal to the Lamb wave slowness curve, does not belong any more to the sagittal plane, due to the anisotropy. The deviation of Lamb wave beams is predicted by using two different methods: an analytical method which appeals to Lamb slowness curves, and a numerical method using the software described above. This phenomenon of deviation is illustrated in a numerical and experimental way in the cases of a Carbon-Epoxy unidirectional and multilayered (only numerical results are shown) plates, where the fibres are not contained in the sagittal plane. Then, we present the determination of the Lamb wave energy velocity, when the plate is immersed in water, by using an analytical formulation of the energy velocity vector. Energy vectors are thus studied for miscellaneous structures and notably, the phenomenon of focalisation is presented.

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Informations

  • Détails : 215 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 156 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Technologie de Compiègne. Service Commun de la Documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2003 BAL 1441
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