Simulation du contrôle ultrasonore des composites par Différence Finie avec CIVA FIDEL 2D

Un calcul hybride pour des calculs sur structure composite plus puissants

CIVA FIDEL2D est un module optionnel lié à la modélisation CIVA UT. Cet outil est un module hybride, alliant à la fois les modèles de calcul semi-analytiques de CIVA et la méthode des différences finies (domaine temporel, FDTD) développée dans le code FIDEL (par AIRBUS Innovation Group). Ce module est dédié aux structures composites et permet d’adresser des configurations supplémentaires par rapport aux modèles semi-analytiques déjà présents dans la perspective composite de CIVA UT.

 

La boîte FDTD : Principe du couplage CIVA FIDEL2D

Dans CIVA FIDEL2D, une boîte de calcul rectangulaire est définie. A l’extérieur de cette boîte, la propagation du faisceau ultrasonore est modélisée à l’aide des outils développés dans CIVA (méthode des pinceaux et modèles semi-analytiques). A l’intérieur de cette boîte, les calculs de propagation et d’interaction sont réalisés avec la méthode numérique des différences finies (FDTD) du code FIDEL, « alimentés » aux frontières de la boîte (via des conditions aux limites de type PML) par le champ incident calculé par CIVA. Dans ce module, la méthode numérique FDTD sera utilisée pour traiter la propagation et les différentes interactions de l’onde ultrasonore dans le composite alors que les modèles semi-analytiques très rapides seront utilisés pour calculer (rapidement) le parcours sonore dans l’eau et la phase d’émission / réception au niveau du traducteur.

Le modèle est limité dans la version courante à des calculs 2D.

 


 
Schéma du couplage CIVA-FIDEL2D

 

Exemples de Simulation :

L’intérêt de CIVA FIDEL2D est de considérer l’hétérogénéité des plis du composite dans le calcul, par opposition avec l’approche homogénéisée et continûment variable disponible dans le module semi-analytique de la perspective composite de CIVA UT. Ainsi, l’interaction entre les plis est intrinsèquement prise en compte. Cela permet également de s’affranchir de certaines limites des modèles semi-analytiques. Ce module bénéficie par ailleurs de la facilité d’utilisation apportée par l’environnement dédié de la perspective composite dans CIVA (pièces et structure des matériaux prédéfinis, paramètres pertinents pour une inspection composite, etc.).

Voici des exemples des principaux apports de ce module :

  • Interférences et résonnances inter-plis prises en compte permettant de reproduire le bruit de structure observé dans l’inspection d’une structure composite multicouches
  • Possibilité de simuler des couches de résine pure (par exemple époxy) localisée entre les plis de fibre composite
  • Possibilité de représenter des ondulations de plis
  • Possibilité de calculer la réponse d’un défaut très petit par rapport à la longueur d’onde
  • Visualisation de la propagation du faisceau et de son interaction avec la structure composite et ses défauts éventuels

 


 
Echo et bruit de structure issus de l’inspection d’un panneau composite avec délaminage et couche de résine entre plis
 
 
 
Visualisation de l’interaction du faisceau avec la structure composite
 
 
 
Ondulations de plis au niveau d’une partie courbée d’une structure composite
 
 
Structure de raidisseur avec délaminage

 

Pièces

Les pièces disponibles dans ce module sont :

  • Pièces planes ou cylindriques
  • Portion courbée paramétrique
  • Raidisseur « Omega » paramétrique
  • Profil complexe « CAO »

 

 
Géométries de pièces disponibles avec CIVA FIDEL 2D

 

Traducteurs

Comme il s’agit d’un code de calcul 2D, seule une coupe du traducteur est modélisée.

Seuls les types de traducteurs en immersion sont autorisés (pastille plane ou barrette courbe).

Aucune restriction sur le type de découpage de pastille n’est faite par rapport aux possibilités de CIVA : l’utilisateur pourra choisir des traducteurs mono éléments (forme cylindrique, rectangulaire ou elliptique) ou accéder aux découpes multiéléments (1D ou 2D) disponibles dans CIVA UT. L’utilisateur devra donc veiller à ce que le traducteur modélisé soit cohérent avec une approche de calcul 2D (en termes de type de focalisation ou de forme de pastille par exemple).

Seules les configurations Pulse-Echo sont autorisées (pas de contrôle en transmission).

 

Réglages multiéléments

Les réglages multiéléments du module Simulation d’Inspection CIVA UT sont tous disponibles dans CIVA FIDEL2D.

 

Défauts

Quatre types de défauts sont disponibles dans CIVA FIDEL2D :

  • Délaminage (il suit les courbures éventuelles des plis composites)
  • Ondulations de plis
  • Défaut plan rectangulaire
  • Trou à Fond Plat

 

Défauts modélisables dans CIVA FIDEL 2D

 

Résultats: visualisation de 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), CIVA FIDEL2D permet de visualiser le phénomène d’interaction entre les ondes et la structure composite incluant ses éventuelles 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 / composite et délaminage en fonction du temps

 

La Simulation reste simple et rapide

Outre ses possibilités de calcul avancées, le couplage entre CIVA UT et FIDEL 2D offre d’autres avantages : les calculs sont plus rapides que ceux réalisés avec un code de calcul 100% numérique puisque l’ensemble du parcours dans le couplant est calculé par méthode semi-analytique, tandis que des phénomènes importants inhérents à de telles structures composites (bruit, défaut spécifique) sont pris en compte vis-à-vis de l’interaction 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 à définir pour le calcul par différences finies. Ainsi, CIVA FIDEL2D reste simple d’utilisation.