Génération et contrôle de champs acoustiques par ondes guidées bi-dimensionnelles pour la détection d'un comportement non-linéaire d'un défaut local de collage

par Biaou jean-baptiste Kouchoro

Projet de thèse en Mécanique

Sous la direction de Anissa Meziane et de Philippe Micheau.

Thèses en préparation à Bordeaux en cotutelle avec l'Université de Sherbrooke , dans le cadre de École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde) , en partenariat avec I2M Institut de Mécanique et d'Ingénierie (laboratoire) et de APY : Acoustique Physique (equipe de recherche) depuis le 30-09-2020 .


  • Résumé

    Dans le cadre du contrôle non destructif de structures de faibles épaisseurs mais de grandes dimensions, telles que celles utilisées dans le domaine aéronautique, les ondes ultrasonores guidées sont de plus en plus utilisées, car elles se propagent sur de longues distances tout en sondant l'épaisseur des pièces. Pour des structures planes en composite, les ondes guidées peuvent être employées afin de détecter des défauts comme une délamination ou le décollement d'un assemblage collé. En l'absence d'adhésion entre les plis d'un assemblage, un mécanisme de contact non-linéaire peut prédominer lors de la propagation d'une onde guidée dans la zone endommagée. Les méthodes de détection d'une délamination par onde de Lamb sont usuellement des méthodes linéaires classiques se basant sur la détection d'un écho ou sur l'atténuation d'une onde propagée. Cependant, la détection linéaire d'une délamination n'est pas sensible aux défauts dont la taille est inférieure à la longueur d'onde guidée d'inspection. Par contre, il n'y a pas cette limitation dans le cas d'une méthode de détection qui se base sur un phénomène non-linéaire. L'enjeu scientifique est de démontrer la faisabilité expérimentale de détecter des comportements non-linéaires de défauts, dont une résonance mécanique locale. En effet, la résonance locale non-linéaire pourrait conduire à des phénomènes d'instabilités de contact, voir des comportements chaotiques ouvrant de nouvelles perspectives en inspection non-linéaire. L'objectif principal du projet est d'établir une preuve numérique et expérimentale de la détection d'un comportement non-linéaire d'un défaut local d'adhésif avec des ondes guidées bi-dimensionnelles. Le premier axe de recherche concerne la recherche d'une stratégie d'excitation optimisée du défaut. S'appuyant sur les outils d'analyse numérique, il s'agira de définir les différents modes de résonance locale d'une délamination et d'identifier les conditions de détection d'un observable traduisant la réponse non-linéaire du défaut (génération d'harmoniques par exemple). Il permettra ainsi de fournir les bases théoriques et de compréhension des phénomènes physiques qui permettront d'élaborer le montage expérimental du projet. Le second axe de recherche, s'appuiera sur les méthodes de l'automatique et du contrôle actif pour commander et identifier le comportement dynamique d'un défaut localisé. À la fin du projet, l'analyse numérique et les résultats expérimentaux valideront la possibilité de piloter les conditions d'apparition de comportements non-linéaires sous l'action d'ondes guidées. Plus globalement, les résultats pourront s'étendre à la caractérisation poussée d'autres défauts impliquant des non-linéarités d'interface comme les fissures fermées, les défauts d'adhésion ou les « kissing bond » dans les assemblages collés que l'on retrouve dans le secteur aéronautique. Le projet pavera ainsi la voie à une nouvelle technique d'inspections ultrasonores non-linéaires des assemblages collés. Ce travail est dans la continuité des travaux de pointes (3 publications) issus de la collaboration entre I2M et le GAUS depuis 8 ans sur la génération d'ondes guidées bi-dimensionnelles dans des barreaux de composite. La poursuite de cette recherche veut repousser les limites en considérant une commande adaptative pour étudier des dynamiques d'interaction non-linéaire ondes/défauts. La motivation pour ces deux laboratoires à collaborer depuis plusieurs années, et à continuer de collaborer, résulte à la fois la complémentarité des compétences et des moyens mis en jeu.

  • Titre traduit

    Generation and control of two-dimensional guided wave acoustic fields for the detection of a non-linear behavior of a local bonding defect


  • Résumé

    In the context of non-destructive testing of thin but large structures, such as those used in the aeronautical field, guided ultrasonic waves are increasingly used because they propagate over long distances while probing the thickness of the parts. For flat composite structures, guided waves can be used to detect defects such as delamination or the delamination of a bonded assembly. In the absence of adhesion between the plies of an assembly, a non-linear contact mechanism may predominate when a guided wave propagates through the damaged area. Lamb wave delamination detection methods are usually classical linear methods based on the detection of an echo or the attenuation of a propagated wave. However, linear delamination detection is not sensitive to defects smaller than the guided inspection wavelength. On the other hand, there is no such limitation in the case of a detection method based on a non-linear phenomenon. The scientific challenge is to demonstrate the experimental feasibility of detecting non-linear behaviors of defects, including local mechanical resonance. Indeed, the local non-linear resonance could lead to contact instabilities, or even chaotic behaviours opening new perspectives in non-linear inspection. The main objective of the project is to establish a numerical and experimental proof of the detection of a nonlinear behavior of a local adhesive defect with two-dimensional guided waves. The first line of research concerns the search for an optimized excitation strategy of the defect. Based on numerical analysis tools, it will be a question of defining the different local resonance modes of a delamination and identifying the detection conditions of an observable reflecting the non-linear response of the defect (generation of harmonics for example). It will thus provide the theoretical basis and understanding of the physical phenomena that will allow to elaborate the experimental set-up of the project. The second line of research will rely on automatic and active control methods to control and identify the dynamic behavior of a localized defect. At the end of the project, numerical analysis and experimental results will validate the possibility of controlling the conditions of appearance of non-linear behaviours under the action of guided waves. More generally, the results will be extended to the advanced characterization of other defects involving interface non-linearities such as closed cracks, adhesion defects or 'kissing bonds' in bonded assemblies found in the aerospace industry. The project will pave the way for a new technique for non-linear ultrasonic inspection of bonded assemblies. This work is a continuation of the advanced work (3 publications) resulting from the collaboration between I2M and GAUS over the last 8 years on the generation of two-dimensional guided waves in composite rods. The continuation of this research wants to push back the limits by considering an adaptive control to study the dynamics of nonlinear wave/defect interaction. The motivation for these two laboratories to collaborate for several years, and to continue to collaborate, results both from the complementary skills and means involved.