Contribution à la simulation du CND par courants de Foucault en vue de la caractérisation des fissures débouchantes

Contribution to the simulation of Eddy current NDT for the characterization of surface cracks

• Auteur / Autrice : Bachir Helifa
• Direction : Mouloud Feliachi, Ibn Khaldoun Lefkaier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et génie électrique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Nantes
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Semiconducteurs

Modélisation tridimensionnelle

Éléments finis, Méthode des

Foucault, Courants de

Mots clés libres

CND par courants de Foucault

Matériaux conducteurs

Fissures débouchantes

Formulation électromagnétique

Modèles direct et inverse

Modélisation par éléments finis 2D et 3D

Résumé

Ce travail de thèse relève du domaine du Contrôle Non destructif (CND) par courants de Foucault (CF) dans ses aspects expérimental et de modélisation. Il a pour but essentiel l’élaboration d’une stratégie d’évaluation et de mise au point d’outils logiciels et matériels permettant une meilleure analyse des signaux provenant d’un capteur à courants de Foucault en vue de la caractérisation des fissures débouchantes présentes dans des pièces "critiques" de matériaux conducteurs. Il s’inscrit dans le cadre général de la caractérisation des fissures par courants de Foucault. Dans ce contexte et afin de situer le travail dans un cadre plus général, on se place dans le cas où le matériau contenant la fissure peut présenter une conductivité électrique et (ou) une perméabilité magnétique non identifiée et un revêtement d’épaisseur inconnue. Des modèles directs en 2D et 3D éléments finis de la formulation magnétodynamique en potentiels vecteur magnétique et scalaire électrique déduite des équations de Maxwell sont développés pour la modélisation du système (matériau+fissure+bobine). Des algorithmes type simplex et réseau de neurones sont élaborés pour la résolution du problème inverse dans le but d’obtenir une caractérisation complète de la fissure débouchante. Nous validons les modèles développés (direct et inverse) par confrontation à des données obtenues à partir d’une compagne d’expériences réalisées au laboratoire, en utilisant des bobines connues et des pièces étalons comportant des fissures bien identifiées, ce qui permet la détermination de la morphologie de la fissure débouchante : position, forme, dimensions. Finalement et sur la base des approches développées, nous établissons une stratégie de contrôle en vue de la caractérisation complète des fissures débouchantes.

The work of the present thesis falls within the field of Non Destructive Testing (NDT) by eddy current (EC) in its experimental and modeling aspects. Its main purpose is the development of an evaluation strategy and the elaboration of software and hardware tools for better analysis of signals from an eddy current sensor for the characterization of surface cracks in "critical" parts of conducting materials. It fits into the general framework for the characterization of cracks by eddy currents. In this context and in order to place the work in a more general framework, we consider cracks containing material that unidentified electrical conductivity and (or) magnetic permeability with an unknown coating thickness. Direct models in 2D and 3D finite element magnetodynamic formulation using magnetic vector and electric scalar potentials deduced from Maxwell equations are developed for modeling the system (material + crack + coil). Simplex and neural networks algorithms are developed for solving the inverse problem in order to obtain a complete characterization of the surface crack. We validate the developed models (direct and reverse) by comparing data obtained from a set of laboratory experiments, using known coils and standard parts with clearly identified cracks, which allows the determination of the morphology of the surface crack : position, shape and dimensions. Finally, and based on the developed approaches, we establish a control strategy for a complete characterization of surface cracks.