Optimisation des modes de Lamb à vitesse de groupe nulle engendrés par laser et évaluation locale de structures collées

Résumé

Les structures planes supportent la propagation de modes de Lamb, dont certains présentent une vitesse de groupe nulle et une vitesse de phase finie. Ces modes ZGV, favorablement engendrés et détectés par ultrasons laser, donnent lieu à des résonances locales étroites qui sont sensibles à l'épaisseur, aux propriétés élastiques et aux conditions de surface. Dans le premier volet de cette thèse, l'optimisation spatiale de la source laser (Faisceau rectangle ou Gaussien, anneau à profil rectangle ou Gaussien obtenu à l'aide d'un axicon) est étudiée afin d'améliorer la génération d'un mode de Lamb de longueur d'onde λ. Il est démontré que le rayon optimal d'un faisceau Gaussien est égal à λ/π. Les résultats théoriques sont en bon accord avec les simulations semi-analytiques et les mesures réalisées à la fréquence du mode ZGV S1S2 dans une plaque de Duralumin. Le second volet est dédié au contrôle de plaques collées par résonance ZGV. Ces structures sont décrites par un modèle rhéologique adhésif faisant intervenir des raideurs d'interface. La sensibilité des fréquences ZGV aux paramètres de la couche d'adhésif et aux raideurs d'interface est étudiée. La mesure des résonances ZGV a conduit à l'obtention des cartes de raideurs et d'épaisseur de colle. Elle a également permis de différencier des assemblages à tenue mécanique contrôlée

mots clés

Titre traduit

Optimization of laser source for enhanced generation of zero-group velocity Lamb modes and local evaluation of bonded structures
Résumé

For some Lamb modes propagating in plane structures, the group velocity vanishes while the phase velocity remains finite. These modes are associated with local and narrow resonances and are sensitive to thickness, elastic properties and boundary conditions. Laser ultrasound techniques are well suited to generate and detect these resonances. In the first part of this thesis, spatial optimization of laser sources (Top-Hat and Gaussian beam, rectangular and Gaussian ring produced by an axicon-lens system) are studied in order to enhance the generation of a Lamb mode at wavelength λ. Optimal radius of a Gaussian beam is demonstrated to be λ/π. Theoretical results are shown to be in a good agreement with semi-analytical simulation and experimental results performed in a Duralumin plate at the S1S2-ZGV mode frequency. The second part of this work is dedicated to the use of ZGV resonances for the inspection of bonded plates. Trilayers are described by rheological model where interfaces are modelized by stiffnesses. The sensitivity of ZGV frequencies to the interfacial stiffnesses as well as adhesive layer parameters has been studied. Stiffnesses and adhesive thickness maps have been extracted from ZGV resonance measurements. In addition, ZGV mode measurements have been shown to allow the differenciation of controled bond strengh samples