Contrôle par Ondes Guidées avec CIVA

Les outils de simulation en ondes guidées comprennent la propagation des faisceaux ultrasonores dans les guides d’ondes plans et tubulaires ainsi que leurs interactions avec des défauts.

 

Capteurs

Une large gamme de traducteurs ultrasonores est disponible :

  • Contact (avec ou sans sabot)
  • Capteurs mono ou multi-éléments (voir paragraphe Multi-éléments) ou sondes EMAT mono et multi−éléments (par couplage avec le module de Calcul de champ CIVA ET)
  • Barrettes encerclées ou encerclantes pour l’inspection de tubes
  • Différents types de sollicitations (vibrations longitudinales ou de cisaillement)
  • Différentes configurations (Pulse-Echo, Pitch-Catch transmission ou Pitch-Catch réflexion)

 

Exemples de traducteur contact et de barrettes encerclantes

 

Pièces

La simulation des ondes guidées est possible dans des géométries de pièces de type planes ou tubulaires (avec potentiellement des discontinuités de différents types). Une pièce peut être homogène ou hétérogène, de manière à simuler par exemple un revêtement. Chaque milieu est isotrope et des lois d’atténuation linéaire peuvent être considérées pour les ondes L et T. Il est également possible de prendre en compte des tubes remplis de fluide ou des géométries à section CAO 2D, comme des rails :

 

 
Géométries prises en compte par CIVA

 

Pilotage de capteurs Multi-Eléments

CIVA permet de définir des lois de retard pour les différents types de traducteurs : linéaire sur une plaque, barrette encerclante ou matricielle sur un tube :

  • Définition indépendante de la partie émettrice et de la partie réceptrice
  • Ouverture variable, en taille et position, en émission et/ou réception
  • Pour les traducteurs multiples (plusieurs barrettes), les lois sont identiques pour tous les traducteurs.

 

Types de capteurs pris en compte par CIVA GWT

 

Dans le cas de pipelines, CIVA GWT permet de calculer des lois de retards pour focaliser en un point de celui-ci, sous réserve que la fréquence d’excitation soit inférieure à la fréquence de coupure du mode L(0,3) ou T(0,3).

 

Visuallisations de retards calculés par CIVA GWT

 

Défauts

La simulation prend en compte un défaut perpendiculaire au guide d’onde, rectangulaire pour une plaque et sectoriel pour un tube, et détermine ses interactions avec le faisceau d’ondes guidées incident.

 

Défauts proposés par CIVA GWT

 

Avec CIVA GWT, il est aussi possible de prendre en compte une discontinuité géométrique 2D comme une soudure, une rainure, une variation de diamètre ou une jonction entre pièces planes. Des défauts axisymétriques peuvent alors être pris en compte dans cette discontinuité.

 

Exemples de changements de géométrie, sans ou avec défauts

 

CIVA GWT propose également un calcul dans une zone 3D permettant de modéliser des pièces CAO 2D qui comportent des défauts plans ou volumiques.

 

Zone de calcul 3D sur une pièce CAO 2D

 

Résultats de calcul

Calcul de modes

Un premier module permet de déterminer les courbes de dispersion associées à la pièce sur une gamme de fréquence donnée.
Les déplacements et contraintes associées à chaque mode sont calculés pour chacune des fréquences de la gamme.

 

Courbes de dispersion issues de CIVA GWT

 

  • Application : sélection de la gamme de fréquence de travail et visualisation des propriétés des modes sélectionnés pour le contrôle
 

 

Calcul de champ

Un second module permet de simuler le faisceau ultrasonore rayonné dans plusieurs sections de la pièce. La répartition d'énergie entre les différents modes est affichée en fonction de la fréquence dans la bande passante du traducteur.

Le déplacement et les contraintes subis par la pièce sont calculés dans un intervalle de temps permettant de visualiser les passages des différentes ondes au niveau de chacune des sections ou de vérifier la focalisation permise par une loi de retards.

  • Application : conception de capteurs spécifiques pour les Ondes Guidées, optimisation de l’aptitude d’un capteur à sélectionner un mode donné ou vérification de la focalisation permise par une loi de retards

 

Champs issus de CIVA GWT (gauche : rail, centre et droite : tube avec focalisation)
 

 

Simulation d’inspection

Ce module permet de simuler l’interaction faisceau/défaut (ou faisceau/discontinuité géométrique) et prédit l’amplitude, la forme et le temps de vol des échos de chaque type : incidents, réfléchis ou convertis.

Sur une soudure, un aperçu permet d’estimer le coefficient de réflexion du premier mode de torsion lorsqu’il atteint la soudure en fonction de la fréquence de contrôle.

Dans le cas d’une géométrie complexe, il est également possible de visualiser l’interaction entre le faisceau incident et la pièce ou les défauts.

  • Application : simulation d’un contrôle complet par Ondes Guidées

 

Configuration et A-scan issu de CIVA GWT

 

A-scan obtenu sur une pièce 2D (rail) avec défaut

 

Sur une soudure, un aperçu permet d'estimer le coefficient de réflexion du premier mode de torsion lorsqu'il atteint la soudure en fonction de la fréquence d'inspection.