Les outils de simulation en ondes guidées comprennent la propagation des faisceaux ultrasonores dans les guides d’ondes plans et tubulaires ou des géométries plus complexes ainsi que leurs interactions avec des défauts.
Capteurs
Une large gamme de traducteurs ultrasonores est disponible :
- Traducteurs piezo électriques (avec ou sans sabot), sondes magnétostrictives ou sondes EMAT (par couplage avec le module de Calcul de champ de CIVA ET)
- Capteurs mono ou multi-éléments (voir paragraphe Multi-éléments)
- 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)
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 peuvent être considérées. Il est également possible de prendre en compte des tubes remplis de fluide ou des géométries à section CAO 2D, comme des rails. Les tuyauteries enfouies peuvent être prises en compte dans le module de calcul de modes.
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.
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).
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.
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.
CIVA GWT propose également un calcul dans une zone FEM 3D (Eléments Finis) permettant de modéliser des pièces CAO 2D qui comportent des défauts plans ou volumiques. Dans ce cas, et grâce à cette approche, le nombre, type et orientation de défauts peut être très important.
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.
- 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
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.
Un outil d’identification des modes permet d’analyser les modes composant un signal A-Scan.
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
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.
Pour comprendre et quantifier l’impact des paramètres influents sur une inspection CND, la réalisation d’études paramétriques dans CIVA est particulièrement adaptée, car il est facile et rapide de modifier et piloter ces différents paramètres. Basés sur un premier ensemble de calculs, des métamodèles peuvent aussi être construits par CIVA, ce qui permet d’apporter une quantité importante de nouveaux résultats à l’utilisateur en temps réel, ainsi que des outils d’analyse puissants, tels que des graphes d'analyse multiparamétriques ou d'analyse de sensibilité pour évaluer l’impact relatif des paramètres influents.