Modélisation par une méthode d'homogénéisation de la propagation ultrasonore dans les composites multicouches : application à la simulation du contrôle non destructif

par Sébastien Deydier

Thèse de doctorat en Physique. Acoustique

Sous la direction de Daniel Royer.

Soutenue en 2006

à Paris 7 .


  • Résumé

    La simulation du CND par ultrasons présente un intérêt majeur pour l'industrie aéronautique : elle permet d'étudier la contrôlabilité des pièces à produire, optimiser les procédures de contrôle établies et constitue un outil pertinent d'analyse des données acquises. Cette thèse traite de la modélisation de la propagation ultrasonore dans les pièces composites stratifiées de type carbone-époxyde, dont l'épaisseur et la complexité géométrique vont croissant. Nous proposons, dans une optique de calcul de champ efficace, une approche par homogénéisation des multicouches couplée avec le modèle des pinceaux permettant de calculer le champ ultrasonore propagé. La méthode d'homogénéisation développée est basée sur le suivi du cheminement de l'énergie au sein d'un motif composite répété, ceci nous donnant accès à une direction énergétique équivalente au sein d'un milieu homogène supposé équivalent au stratifié. L'emploi d'un ensemble de ces directions d'énergie nous permet ensuite de construire géométriquement une surface des lenteurs associée au milieu homogénéisé. Une procédure d'identification des constantes élastiques est finalement appliquée qui nous conduit à la caractérisation du milieu homogénéisé, et le calcul dune fonction de transmission nous assure la restitution des pertes d'énergie dues aux réfractions successives au sein du multicouche. La méthode est en dernier lieu validée par le biais de comparaisons entre des champs acquis et simulés (avec homogénéisation) : transmis à travers une pièce composite complexe d'épaisseur évolutive, ou en émission-réception après interaction avec un défaut type.

  • Titre traduit

    Modeling of the ultrasonic propagation into carbon-fiber-reinforced epoxy composites, using a ray theory based homogenization method


  • Résumé

    Simulation of ultrasonic testing is of great interest for the aircraft industry to improve measurement analysis and optimize configurations. This thesis describes a study dedicated to the modeling of the ultrasonic propagation in parts made of carbon-fiber-reinforced epoxy composites (CFRP), whose thickness and shape complexity tend to increase in current industrial use. We propose here to compute the field radiated into such parts by means of a ray theory based homogenization method, coupled to the pencil model used for the radiated field computation. This homogenization is based on the follow-up of the energy ray path inside each ply of a repeated pattern, which gives access to an average energy direction. A set of calculated energy directions allows us to construct the overall slowness surfaces, and an appropriate inverse method is then applied to obtain the associated effective stiffness tensor. Therefore, an effective anisotropic homogeneous medium is described, characterizing the whole composite. An improvement is also proposed, which consists in fully taking into account the inner refraction phenomenon. The benefits of this complete procedure are shown through comparisons of measured and simulated fields transmitted through parts of continuously varying thickness. Experimental and simulated echoes with typical composite defects are finally compared and show the efficiency of our method.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (149 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 77 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2006) 215
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