Modélisation de la propagation et de la réception des ondes élastiques émises par un défaut sous contrainte. Application à la simulation des contrôles non destructifs par émission acoustique

Modeling of the propagation and reception of elastic waves emitted by a crack under stress. Application to the simulation of non-destructive testing by Acoustic Emission

• Auteur / Autrice : Warida Ben Khalifa
• Direction : Sébastien Grondel, Karim Jezzine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique. Acoustique et télécommunications
• Date : Soutenance le 05/03/2013
• Etablissement(s) : Valenciennes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
• Partenaire(s) de recherche : Pôle de recherche et d'enseignement supérieur (PRES) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
• Jury : Président / Présidente : Francine Luppé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Grondel, Karim Jezzine, Mabrouk Ben Tahar, Nathalie Godin, Mourad Bentahar, Fan Zhang
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mabrouk Ben Tahar, Nathalie Godin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contraintes (mécanique)

Rayleigh, Diffusion de

Contrôle par émission acoustique

Ondes élastiques -- Propagation

Mots clés libres

Emission acoustique

Onde de Rayleigh

Ondes guidées

Capteur d’EA

Défauts sous contrainte

Acoustic Emission

Rayleigh wave

Guided waves

AE sensor

Cracks under stress

Résumé

Le contrôle non destructif (CND) par émission acoustique (EA) est utilisé dans un grand nombre de domaines tels l’énergie nucléaire, le secteur pétrolier et gazier, le génie civil ou l’industrie mécanique afin de vérifier l’intégrité des structures sous contrainte. Selon le rapport entre la longueur d’onde et l’épaisseur de la structure, l’énergie libérée par un défaut sous contrainte peut se propager sous forme d’ondes guidées (cas des structures minces) ou sous forme d’onde de Rayleigh (cas des structures épaisses). L’analyse des signaux issus de cette méthode ultrasonore « passive » présente des difficultés liées principalement à la complexité des signaux typiquement mesurés. L’objectif de la thèse est de développer des modèles permettant la simulation d’expériences de CND par EA dans le cas des structures épaisses ou minces. Les modèles développés sont basés sur un couplage entre un modèle de source d’EA, un modèle de propagation des ondes et un modèle de capteur d’EA. Dans le cas des structures épaisses, deux modèles 2D (concernant le contrôle de pièces de surface plane et cylindrique) et un modèle 3D (surface plane) ont été développés afin de prédire le signal correspondant à l’onde de Rayleigh émise par un défaut sous contraintes. Concernant les structures minces, un modèle 2D a été développée permettant de prédire le signal correspondant aux modes guidés émis par une fissure sous contrainte. Plusieurs études paramétriques ont été menées afin de définir l’influence des différentes données d’entrée des modèles sur les signaux d’EA et ainsi aider à l’interprétation des contrôles par EA.

AE Non-destructive testing is used in many fields such as nuclear energy, oil and gas, civil engineering or mechanical engineering to check the integrity of structures under stress. Depending on the ratio of structure thickness to wavelength, the energy released by a crack under stress can propagate either as guided waves (in thin structures) or as Rayleigh wave (in thick structures). The analysis of signals resulting from this ultrasonic "passive" method is particularly difficult due to the complexity of typically measured signals. The objective of this thesis is to develop models to enable the simulation of AE testing experiments in the case of thick or thin structure. The developed models rely on the coupling between an AE source model, wave propagation models and an AE Sensor model. In the case of thick structures two 2D models (for plane and cylindrical surfaces) and a 3D model (for plane surface) have been developed to predict the signal corresponding to the Rayleigh wave emitted by a crack under stress. In the case of thin structures, a 2D model has been developed to predict the signal corresponding to the guided modes emitted by a crack under stress. Several parametric studies have been conducted to determine the influence of the different model input data on the AE signals and thus help to interpret AE testing results.