Contrôle de santé des matériaux et structures par analyse de la coda ultrasonore

• Auteur / Autrice : Yuxiang Zhang
• Direction : Vincent Tournat, Odile Abraham
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 20/09/2013
• Etablissement(s) : Le Mans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LAUM

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Détérioration

Interférométrie

Mots clés libres

CWI

Milieu complexe

Acousto-élasticité

Expérimentation

ECND

Diffusion multiple

Modulation non linéaire

Traitement du signal

Acoustoelasticity

Nonlinear modulation

Multiple scattering

Résumé

La coda ultrasonore présente une haute sensibilité aux perturbations du milieu de propagation. L'analyse de la coda par la Coda Wave Interferometry (CWI) permet d'évaluer précisément la variation de la vitesse de propagation (résolution en relatif de 0,001 %). Une telle évaluation peut être utilisée pour le contrôle non destructif (ECND) d’un matériau ou d'une structure.Un essai expérimental est présenté au début comme exemple d’utilisation de la CWI pour l’ECND du béton. Face aux problèmes inhérents au degré de précision de cet essai, nous présentons un protocole conçu pour améliorer la fiabilité des résultats CWI. Nous vérifions expérimenta vérifient que ce protocole peut améliorer la répétabilité de l’essai en réduisant les biais provenant des fluctuations de température ambiante et des procédures expérimentales. Avec ce protocole, une étude du comportement de béton sous un chargement uni-axial en traction directe a été effectuée en utilisant la CWI. Les comportements élastique (l’effet acoustoélastique) et anélastique (l’effet Kaiser) du béton sont observés via les résultats CWI. Un coefficient acoustoélastique effectif (Bêta) a été déterminé et utilisé pour la détection d’un endommagement léger du béton.La CWI est ensuite utilisée pour la détection globale de défauts dans un milieu initialement linéaire (verre) en observant la modulation non linéaire. L’apparition de ce phénomène non linéaire est due à la présence des défauts et détectée par la variation des résultats CWI en fonction de l’amplitude de l’onde de pompe. Nous montrons que cette méthode permet la détection des défauts et d’évaluation du niveau d’endommagement d’une manière globale sans zone aveugle.

With their long and complex propagation paths, coda waves can probe the propagation medium repeatedly and show a high sensitivity to the perturbations to the medium, i.e. variations in propagation velocity. Since such variations may indicate the modification of elastic properties and Coda Wave interferometry (CWI) can determine it precisely (relative resolution of 0.001%), CWI is considered a promising method for non destructive testing and evaluation (NDT&E). An experimental test is presented as an example of the CWI use on concrete for NDT&E purpose. For solving the experimental repeatability issue revealed in this test, a bias-control protocol is designed to reduce the experimental bias in CWI results. It is experimentally confirmed that this protocol can remarkably improve the reliability of CWI results and the experimental repeatability. Together with this bias-control protocol, the CWI is used to study the behaviors of concrete under uni-axial load in direct tension. Both elastic (acoustoealstic effect) and inelastic (Kaiser effect) behaviors are observed via CWI results. Effective value of acoustoelastic coefficient is then determined from CWI results and used for the detection of an early-stage damage that artificially induced to the concrete specimen. A defect-detection method of an initially linear medium (glass) is then developed by using the CWI. Due to the nonlinearity brought by the defects, acoustic mixing effect occurred, and the observation of such effect is the indication of damage. The use of a broadband pump wave and the CWI makes possible to 1) detect the damage globally without blind zone and 2) assess the damage level in an effective manner.