Formulation intégrale surfacique des équations de Maxwell pour la simulation de contrôles non destructifs par courant de Foucault. Etude préliminaire à la mise en œuvre de la méthode multipôle rapide

Surface integral formulation of Maxwell's equations for simulation of non-destructive testing by eddy currents. Preliminary study on the implementation of the fast multipole method

• Auteur / Autrice : Tekoing Lim
• Direction : Marc Bonnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Palaiseau, Ecole polytechnique

Mots clés

Mots clés contrôlés

Foucault, Courants de

Contrôle non destructif

Mots clés libres

Formulation intégrale

Méthode multipôle rapide

Résumé

Pour simuler numériquement un contrôle non destructif par courants de Foucault (CND-CF), la réponse du capteur peut être modélisée via une approche semi-analytique par intégrales de volume. Plus rapide que la méthode des éléments finis, cette approche est cependant limitée à l'étude de pièces planes ou cylindriques (sans prise en compte des effets de bords) du fait de la complexité de l'expression de la dyade de Green pour des configurations plus générales. Or, il existe une forte demande industrielle pour étendre les capacités de la modélisation CF à des configurations complexes (plaques déformées, bords de pièce. . . ). Nous avons donc été amenés à formuler différemment le problème électromagnétique, en nous fixant comme objectif de conserver une approche semi-analytique. La formulation intégrale surfacique (SIE) permet d'exprimer le problème volumique en un problème de transmission équivalent à l'interface (2D) entre sous-domaines homogènes. Ce problème est ramené à la résolution d'un système linéaire (par la méthode des moments) dont le nombre d'inconnues est réduit du fait du caractère surfacique du maillage. Dès lors, ce système peut être résolu par un solveur direct pour de petites configurations. Cela nous a permis de traiter plusieurs seconds membres (ie. Différentes positions de capteurs) pour une seule inversion de la matrice d'impédance. Les résultats numériques obtenus au moyen de cette formulation concernent des plaques avec la prise en compte des effets de bords tels que l'arête et le coin. Ils sont en accord avec des résultats obtenus par la méthode des éléments finis. Pour des configurations de grandes tailles, nous avons mené une étude préliminaire à l'adaptation d'une méthode d'accélération du produit matrice-vecteur intervenant dans un solveur itératif (méthode multipôle rapide, ou FMM) afin de définir les conditions dans lesquelles le calcul FMM fonctionne correctement (précision, convergence. . . ) dans le contexte CND. Lors de l'assemblage du système linéaire, une attention particulière a été portée sur le choix des fonctions de bases (qui doivent respecter la conformité Hdiv) ainsi que sur l'évaluation des interactions proches (faiblement singulières).

To simulate numerically a non-destructive by eddy current testing (NDT-CF), the sensor response can be modeled through a semi-analytical approach by volume integral equations. Faster than the finite element method, this approach is however restricted to the study of plane or cylindrical parts (without taking into account the edge effects) because of the complexity of the expression of the dyadic Green function for more general configurations. However, there is an industrial demand to extend the capabilities of the CF model in complex configurations (deformed plates, edges effects. . . ). We were thus brought to formulate the electromagnetic problem differently, by setting ourselves the goal of maintaining a semi-analytical approach. The surface integral equation (SIE) expresses the volume problem by an equivalent transmission one at the interfaces (2D) between homogeneous subdomains. This problem is approached by a linear system (by the method of moments), whose number of unknowns is reduced due to the nature of the surfacic mesh. Therefore, this system can be solved by a direct solver for small configurations. That enabled us to treat several various positions of the sensor for only one inversion of the impedance matrix. The numerical results obtained using this formulation involve plates with consideration of edge effects such as edge and corner. They are consistent with results obtained by the finite element method. For larger configurations, we conducted a preliminary study for the adaptation of an acceleration method of the matrix-vector product involved in an iterative solver (fast multipole method or FMM) to define the conditions under which the FMM calculation works correctly (accuracy, convergence. . . ) in the NDT's domain. A special attention has been given to the choice of basis functions (which have to satisfy an Hdiv conforming property) and on the evaluation of near interactions (which are weakly singular).