CIVA-Athena2D, Eléments Finis ultrasons

 

Le confort d’utilisation de CIVA, la puissance des Éléments Finis… mais rapide !

CIVA-ATHENA2D est un module additionnel lié à la modélisation CIVA UT. Ce outil est un module hybride, alliant à la fois les méthodes semi-analytiques conventionnelles de CIVA et le code Eléments Finis ATHENA (développé par EDF). La connexion avec les éléments finis permet de traiter des phénomènes plus complexes pouvant survenir lors d’une inspection ultrasonore.

 

La boîte Eléments Finis

 

Schéma du couplage CIVA-ATHENA2D

 

Dans CIVA-ATHENA2D, une boîte rectangulaire Eléments Finis est définie. En dehors de cette boîte, la propagation du faisceau ultrasonore est modélisée à l’aide des outils semi-analytiques rapide développés dans CIVA UT (méthode des pinceaux et modèles semi-analytiques). Dans la boîte Eléments Finis, ces calculs de propagation et d'interaction sont effectués par la méthode Eléments Finis ou "FEM" (utilisant comme donnée d’entrée le faisceau incident calculé par CIVA à la frontière de la boîte). Typiquement, le code Eléments Finis sera utilisé pour simuler les interactions complexes du faisceau avec des défauts ou la géométrie de la pièce, tandis que le modèle semi-analytique rapide sera utilisé pour simuler la propagation des ultrasons depuis et vers le traducteur.

 

Quelques exemples de simulation : Prise en compte de tous les phénomènes

L’intérêt principal de CIVA-ATHENA2D est de prendre en compte tous les phénomènes physiques mis en jeu lors de l’interaction faisceau/défaut (i.e. dans la boîte Elements Finis) :

  • Prise en compte des ondes rampantes et des ondes de Rayleigh générées sur les défauts
  • Simulation d'interactions multiples entre défauts dans un réseau de fissures
  • Cacul précis de la réponse de défauts petits par rapport à la longueur d'onde
  • Calcul des échos d'interface

 

 

Gauche : Réseau de défauts (interactions multiples)

Droite : Défauts complexes et ondes rampantes générées

 

Ces possibilités permettent une simulation précise de la réponse de réseaux de défauts ou de défauts au profil complexe en prenant en compte des réflexions multiples ainsi que la génération d'ondes de surface.

 

 

Pièce

Bien que les effets 3D soient ignorés, aucune restriction n'est appliquée sur la liste des pièces disponibles dans l'interface par rapport à CIVA UT. Comme il s'agit d'un module 2D, l'utilisateur doit, pour obtenir des résultats quantitativement justes, l’utilisateur doit restreindre ses simulations à des géométries de pièces localement assimilables à des configurations 2D.

 

traducteurs

Comme il s'agit d'un code 2D, seule une section 2D du traducteur est modélisée. Cependant, aucune restriction n'est appliquée sur la liste des capteurs disponibles dans l'interface.

L'utilisateur doit donc vérifier que le traducteur défini (en termes de focalisation et de géométrie de la pastille) est cohérent avec une approche de calcul 2D.

Le balayage du traducteur se fera dans le plan d’incidence du faisceau uniquement car la boîte de calcul 2D est définie et contenue dans ce plan.

Les configurations Tandem sont autorisées, mais fonctionnent seulement si le faisceau incident et le faisceau réfléchi en sortie de la boîte de calcul mettent un jeu un trajet direct avec les traducteurs émetteur et récepteur sans autre réflexion intermédiaire.

Les configurations TOFD sont également possibles, mais seulement avec un balayage dans le plan d’incidence des traducteurs.

 

Réglages multi-éléments

Les réglages multi-éléments de CIVA UT sont disponibles dans CIVA-ATHENA2D, le calcul peut-être fait pour plusieurs tirs.

 

Défauts

Les défauts qui peuvent être définis par une section 2D sont disponibles : défauts plan, multi-facettes, ramifié et trous génératrices.

 

Défauts disponibles (incuant les profils complexes)

 

Visualiser l’interaction faisceau/défaut

En complément aux courbes et images classiques de l’imagerie UT disponibles dans CIVA UT (A-scans, B-scans, vues 3D, vues reconstruites, etc.), CIVA ATHENA2D permet de visualiser le phénomène d’interaction entre les ondes et les défauts. Il est possible de construire une vidéo de ce phénomène de propagation et d’interaction à l’intérieur de la boîte de calcul.

 



Images instantannées de l’interaction faisceau / défaut en fonction du temps

 

La simulation reste facile et rapide

En plus de ses capacités avancées, le couplage entre CIVA et ATHENA offre d’autres avantages : le calcul est plus rapide qu’un calcul Eléments Finis pur, tandis que tous les phénomènes sont pris en compte en ce qui concerne les interactions faisceau / défaut. Les configurations de calcul sont définies à l’aide de l’interface graphique conviviale de CIVA, avec très peu de paramètres d'entrée spécifiques à définir pour le calcul par Eléments Finis. Ainsi, CIVA-ATHENA2D est simple à utiliser.

 

 

CIVA-ATHENA2D… Est un module 2D

CIVA-ATHENA2D est basé sur un calcul de champ 2D et une modélisation par éléments finis 2D développée dans ATHENA. Ainsi, les effets 3D sont intrinsèquement ignorés, de sorte que les résultats de calcul seront quantitativement valides dès lors que l’hypothèse 2D est réaliste. Cela signifie principalement :

  • Ne considérer que les défauts pouvant être définis par leur section de coupe 2D : Entailles planes, défauts multi-facettes ou ramifiés et Trous Génératrices
  • Comparer la réponse des défauts indépendamment de leur extension dans le plan orthogonal au plan de calcul : Les défauts doivent donc avoir une même extension et se situer à la même profondeur, ou avoir une extension plus grande que la largeur du faisceau ultrasonore
  • Des géométries de pièces pouvant être considérées localement comme 2D

 

Au-delà des restrictions de validité aux configurations 2D, utiliser plus largement CIVA ATHENA2D reste souvent très intéressant pour réaliser des études et analyses qualitatives.