Contribution au contrôle non-destructif de billes en céramique par spectroscopie ultrasonore de résonances de modes sphéroïdaux

par François Deneuville

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de Mohammadi Ouaftouh.

Soutenue en 2007

à Valenciennes .


  • Résumé

    L’utilisation de billes en céramique, et notamment en nitrure de silicium, permet d’améliorer sensiblement les performances des roulements. Dans le cadre des applications critiques du secteur aéronautique et spatial, il s’avère nécessaire de développer de nouveaux moyens de contrôle non-destructif pour la caractérisation de ces billes. Dans ce mémoire, nous proposons d’apporter notre contribution en étudiant les potentialités offertes par une technique spécifique de spectroscopie ultrasonore de résonances de modes sphéroïdaux. Comme le montre l’étude théorique des vibrations élastiques d’une sphère, ces modes permettent de caractériser tout le volume des billes ou uniquement les couches proches de la surface, selon la gamme de fréquence considérée. Pour acquérir les spectres de résonances de ces modes, un système de mesure spécifique composé d’une sonde ultrasonore piézoélectrique et d’un interféromètre optique a été développé. Le traitement numérique des mesures mis en place permet de détecter les fréquences de résonance et d’en déduire la vitesse de propagation des ondes sphéroïdales dans chaque couche sub-surfacique inspectée. Nous proposons ensuite une méthode permettant, à partir de ces résultats, d’estimer les coefficients élastiques des billes suivant différentes profondeurs d’inspection. L’interprétation de campagnes d’essais montre alors que ces outils permettent de contrôler la qualité du matériau des billes. Enfin, un traitement spécifique des mesures est proposé afin de détecter des défauts de faibles dimensions à la surface des billes. La méthode de spectroscopie étudiée permet donc un contrôle complet des billes de roulement

  • Titre traduit

    Contribution to the non-destructive testing of ceramic balls by ultrasonic spectroscopy of spheroïdal modes resonances


  • Résumé

    The use of ceramic balls, in particular silicon nitride balls, allows a substantial improvement of bearing performances. For critical aerospace and space applications, there is a need for developing new nondestructive techniques for the inspection of these balls. As part of our contribution, we propose in this work to study the possibilities offered by a specific technique of resonant ultrasound spectroscopy of spheroidal modes. As shown by the theoretical study on elastic sphere vibrations, these modes allow to characterize the whole volume of balls or only the close-to-surface layers, according to the considered frequency range. To acquire the resonance spectra of these modes, a specific measurement system composed of a piezoelectric ultrasonic probe and an optical interferometer was developed. A self-implemented numerical processing of measured spectra allows to detect the resonance frequencies and to deduce from them the propagation velocity of the spheroidal waves in each inspected subsurface layers. Then, we propose a method based on these results that permit to estimate the elastic coefficients of the balls according to various inspection depths. The analysis of test series show that these tools can be used to check the quality of the balls’ material. Finally, a specific measurement processing is proposed in order to detect surface defects of weak dimensions. In conclusion, the studied spectroscopic method provides a complete inspection of bearing balls

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Informations

  • Détails : 1 vol. (265 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 255-265

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  • Disponible sous forme de reproduction pour le PEB
  • Cote : 900457 TH
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