Modelisation Des Capteurs D Emission Acoustique En Vue De La Simulation D Un Controle

Modélisation des capteurs d'émission acoustique en vue de la simulation d'un contrôle

Le contrôle non-destructif (CND) par émission acoustique (EA) permet la détection de la création ou de l'évolution de défauts. Il repose sur l'utilisation d'un ou plusieurs capteurs pouvant être installés de façon permanente à l'écoute d'événements pouvant se dérouler au sein de structures de grandes dimensions. Dans le cadre du développement d'un simulateur de CND/EA, cette thèse s'intéresse à la modélisation de la mesure par un capteur d'EA d'un champ d'ondes élastiques quelconque. Une formulation exacte, puis une formulation approchée qui en dérive, sont obtenues à partir du principe de réciprocité électromécanique, de la réponse d'un capteur d'EA à une onde. On démontre que le calcul précis de ces réponses ne peut pas être effectué sous les hypothèses simplificatrices couramment faites conduisant naturellement à un modèle unidimensionnel. Au contraire, on démontre que pour les capteurs courants, du fait de leur conception visant à les rendre sensibles sur une large gamme de fréquences, les modes complexes de vibration de l'élément piézoélectrique et la propagation des ondes dans le boîtier du capteur influencent fondamentalement sa réponse. Un modèle éléments finis de capteur est proposé, validé expérimentalement et utilisé pour mener à bien des études paramétriques utiles à l'opérateur pour choisir un capteur, ou au fabriquant de capteur pour en optimiser la conception. Une représentation de la sensibilité des capteurs d'EA est proposée beaucoup plus complète que ce qui est généralement connu des capteurs. Une stratégie de simulation reposant sur la constitution d'une base de données de ces sensibilités est développée.

Bulletin signalétique 891

Simulation de l'émission acoustique

L'Emission Acoustique (EA) est une technique de contrôle non-destructif consistant en la mesure et l'interprétation de la signature acoustique de mécanismes d'endommagement. Dans l'approche conventionnelle (approche phénoménologique), l'interprétation des données issues des mesures par EA s'appuie sur des corrélations empiriques entre des caractéristiques de la source (le mécanisme d'endommagement) et le signal mesuré. Les modifications dues à la chaine d'acquisition de l'EA sont donc ignorées. Or, la propagation dans le matériau, la mesure par le capteur et le traitement par le système d'acquisition modifient la forme du signal et l'information qu'il transporte. Cela rend difficile l'identification de la source, et la comparaison des résultats issus d'essais effectués dans des conditions différentes. Une partie de la réponse à ces problèmes réside dans la prise en compte des étapes de transformation du signal d'EA. C'est l'objectif de l'approche quantitative de l'EA. Cette approche repose sur l'utilisation de techniques de modélisation pour évaluer l'impact de chaque étape de transformation sur le signal. Le premier volet de cette étude porte sur la validation des techniques utilisées pour simuler les étapes de transformation du signal d'EA. La méthode des éléments finis (MEF) est utilisée pour simuler la propagation du signal au sein du matériau. L'effet du capteur est quant à lui simulé par sa fonction de sensibilité, mesurée par la méthode de réciprocité, et utilisée comme fonction de transfert. Le second volet porte sur l'utilisation de ces techniques pour évaluer l'impact, sur le signal d'EA, des paramètres (position, temps de montée, amplitude) d'une source simple modélisée par des dipôles de force. Trois géométries d'éprouvette sont étudiées : une première éprouvette assimilable à une plaque, une seconde assimilable à une poutre de section rectangulaire et une dernière dont les dimensions sont intermédiaires entre une plaque et une poutre. Les résultats obtenus montrent que les signaux se propagent au sein des éprouvettes suivant des modes bien définis. Ces modes de propagation sont dépendants de la géométrie de l'éprouvette. Chaque source sollicite les modes différemment. Ainsi leur étude permet de réunir des informations sur la source afin de l'identifier. Par ailleurs, cette étude a permis de mettre en évidence des descripteurs pertinents pour l'identification des sources d'EA. Les descripteurs, corrélés entre eux, permettent une nette séparation des signaux en classes en fonction de la source. Ces résultats, obtenus en surface matériau, ne prennent pas en compte l'effet du capteur. Lorsque celui-ci est pris en compte, la signature modale des sources est modifiée ainsi que la valeur des descripteurs calculés. Cela conduit à un recouvrement des classes de signaux rendant plus difficile l'identification des sources.