Configurations expérimentales et de simulation
Procédure expérimentale
La maquette utilisée (figure ci-dessous) est parallélépipédique, en acier ferritique, de hauteur 30mm. Elle contient 4 défauts plans verticaux d’extension 15mm, d’ouverture 0.2mm et dont la hauteur varie de 7.5mm à 15mm.
Les acquisitions en configuration TOFD ont été réalisées avec des capteurs contact de diamètre 6.35mm, de fréquence centrale 5MHz, générant dans la pièce des ondes longitudinales à 45°,60° et 70°.
Pour chaque couple de capteurs (L45°, L60° et L70°), l’écho de diffraction L du bord bas des 4 entailles de hauteurs 15mm, 12.5mm, 10mm et 7.5mm a été mesuré avec une PCS augmentant lentement de sorte que les deux paramètres suivants varient lentement:
- la distance « |D| », entre le point de croisement des axes des capteurs à l’aplomb de l’entaille et le bord bas de l’entaille (Figure ci-dessous). (Nb : « D » peut être négative)
- l’angle d’incidence θ des ondes L sur le bord bas de l’entaille (Figure ci-dessous)
IncertitudeS de mesure
Voir le chapitre "Incertitudes" ici : Incertitudes
Paramètres en simulation
Se référer au à la page "Présentation des configurations étudiées"
Amplitude de référence
La méthode employée pour mesurer l'amplitude de référence est décrite dans le chapitre "comparaison d'amplitude et temps de vol" ici : Amplitude de référence
Pour chaque couple de capteurs (L45°, L60° et L70°) les amplitudes maximales des échos de diffraction du bord bas d’une entaille de hauteur donnée seront tracées en fonction:
- de la PCS. Un trait bleu en pointillé indiquera la PCS pour laquelle la profondeur du point de croisement des axes L et du bord bas de l’entaille sont les mêmes.
- de l’angle d’incidence θ des ondes L sur le bord bas
- de la distance « D » entre le point de croisement des axes des capteurs à l’aplomb de l’entaille et le bord bas de l’entaille
Comparaison des amplitudes Simulation vs Expérience
Capteurs L45°
D’après les mesures, l’angle de réfraction des ondes L émises par chacun des deux capteurs dans la pièce est 44.5°. L’amplitude de référence correspond à l’amplitude maximum de l’écho direct L d’un trou génératrice de diamètre 2 mm situé à 20mm de profondeur lorsque la PCS est de 38mm.
Les 4 entailles et les axes L des capteurs pour différentes PCS sont représentés sur la figure ci-dessous afin de visualiser les profondeurs des points de croisement des axes et celles des bords bas des entailles.
Résultats pour l’entaille de hauteur 15mm
Les résultats expérimentaux et de simulation pour l’entaille de 15mm de hauteur sont présentés sur la figure ci-dessous.
La comparaison de la courbe expérimentale (en noir) avec la courbe simulée avec CIVA_GTD (en rouge) montre que les amplitudes simulées sont toujours plus faibles que celles mesurées. L’écart le plus important (24 dB) est mesuré pour la PCS la plus faible (23mm).
La comparaison des résultats de simulation CIVA_GTD et CIVA_GTD_MV montre que les deux modèles donnent des résultats proches lorsque la distance |D| entre la profondeur du bord bas et le point de croisement est comprise entre -1 mm et 6.5 mm. Au-delà de cet intervalle, les écarts en amplitude entre les 2 modèles dépassent 3 dB. Ce résultat est en accord avec l’approximation du champ dans CIVA lors du calcul de l’interaction du champ incident et de l’entaille (voir plus loin). Les écarts entre CIVA_GTD et CIVA_GTD_MV n’apparaissent que lorsque |D| augmente, c’est-à-dire lorsque la description approchée du champ n’est plus valide.
On remarque également que les amplitudes obtenues avec CIVA_GTD_MV sont très proches des amplitudes expérimentales lorsque les angles d’incidence θ sont supérieurs à 51.5°. Pour les autres angles d’incidence, les amplitudes simulées sont inférieures aux amplitudes mesurées.
Les résultats de simulations CIVA_ATHENA_2D sont illustrés ci-dessous. Ils permettent de comparer l’effet de l’ouverture de l’entaille sur les amplitudes de bord bas.
On peut voir que pour des angles d’incidence θ inférieurs à 51.5°, les amplitudes des échos obtenues avec CIVA_ATHENA_2D pour les entailles d’ouverture 0.2mm sont supérieures à celles des entailles d’ouverture quasi-nulle. Etant donné que pour ces angles CIVA_GTD_MV sous-estime les amplitudes par rapport à la mesure, la prise en compte de l’ouverture réelle des entailles en « 3D » réduirait certainement cette sous-estimation.
Pour les angles d’incidence θ supérieurs à 51.5°, la prise en compte de l’ouverture de l’entaille ne modifie significativement pas les résultats. Les amplitudes sont très proches. Pour ces angles d’incidence, la prise en compte de l’ouverture réelle des entailles ne modifierait pas le bon accord observé entre CIVA_GTD_MV et l’expérience.
Résultats pour l’entaille de hauteur 12.5 mm
Les résultats expérimentaux et de simulation avec l’entaille de 12.5mm de hauteur sont présentés sur la figure ci-dessous.
La comparaison de la courbe expérimentale (en noir) avec la courbe simulée avec CIVA_GTD (en rouge) montre que les amplitudes simulées sont plus faibles que les expérimentales. L’écart le plus important (15 dB) est mesuré pour la PCS la plus faible (23mm).
La comparaison des résultats de simulation CIVA_GTD et CIVA_GTD_MV montre que les deux modèles donnent des résultats proches (écarts inférieurs à 3dB) lorsque la distance |D| entre la profondeur du bord bas et le point de croisement est inférieure à 5 mm. Ce résultat est en accord avec l’approximation du champ dans CIVA (voir plus loin). Les écarts entre CIVA_GTD et CIVA_GTD_MV n’apparaissent que lorsque |D| augmente, c’est-à-dire lorsque la description approchée du champ n’est plus valide.
On remarque également que les amplitudes obtenues avec CIVA_GTD_MV sont très proches des amplitudes expérimentales pour des angles d’incidence θ supérieurs à 53°. Pour les autres angles d’incidence, les amplitudes simulées sont inférieures aux amplitudes mesurées.
Les résultats de simulations CIVA_ATHENA_2D sont présentés ci-dessous. Ils permettent de comparer l’effet de l’ouverture de l’entaille sur les amplitudes de bord bas.
On peut voir que pour des angles d’incidence θ inférieurs à 53°, les amplitudes des échos simulés avec CIVA_ATHENA_2D pour les entailles d’ouverture 0.2mm sont supérieures à celles des entailles d’ouverture quasi-nulle. Etant donné que pour ces angles CIVA_GTD_MV sous-estime les amplitudes par rapport à la mesure, la prise en compte de l’ouverture réelle des entailles en « 3D » réduirait certainement cette sous-estimation.
Pour des angles d’incidence θ supérieurs à 53°, les amplitudes obtenues pour les entailles ouvertes et d’ouverture quasi-nulle sont très proches. Prendre en compte l’ouverture réelle des entailles ne modifierait donc pas le bon accord entre CIVA_GTD_MV et l’expérience.
Résultats pour l’entaille de hauteur 10 mm
Les résultats expérimentaux et de simulation avec l’entaille de 10 mm de hauteur sont présentés sur la figure ci-dessous.
La comparaison de la courbe expérimentale (en noir) avec la courbe simulée avec CIVA_GTD (en rouge) montre que les amplitudes simulées sont plus faibles que les expérimentales. L’écart le plus important (12 dB) est mesuré pour la PCS la plus forte (53mm).
La comparaison des résultats de simulation CIVA_GTD et CIVA_GTD_MV montre que les deux modèles donnent des résultats proches (écarts inférieurs à 3dB) lorsque la distance |D| entre la profondeur du bord bas et le point de croisement est inférieure à 4 mm. Ce résultat est en accord avec l’approximation du champ dans CIVA (voir plus loin). Les écarts entre CIVA_GTD et CIVA_GTD_MV n’apparaissent que lorsque |D| augmente, c’est-à-dire lorsque la description approchée du champ n’est plus valide.
On remarque également que les amplitudes obtenues avec CIVA_GTD_MV sont très proches des amplitudes expérimentales pour des angles d’incidence θ supérieurs à 53°. Pour les autres angles d’incidence, les amplitudes simulées sont inférieures aux amplitudes mesurées.
Les résultats de simulations CIVA_ATHENA_2D (ci-dessous) permettent de comparer l’effet de l’ouverture de l’entaille sur les amplitudes de bord bas.
On peut voir que pour des angles d’incidence θ inférieurs à 50°, les amplitudes des échos obtenues avec CIVA_ATHENA_2D pour les entailles d’ouverture 0.2mm sont supérieures à celles des entailles d’ouverture quasi-nulle. Etant donné que pour ces angles CIVA_GTD_MV sous-estime les amplitudes par rapport à la mesure, la prise en compte de l’ouverture réelle des entailles en « 3D » réduirait probablement cette sous-estimation.
Pour des angles d’incidence θ supérieurs à 50°, les amplitudes obtenues pour les entailles ouvertes et d’ouverture quasi-nulle sont très proches. Par ailleurs, prendre en compte l’ouverture réelle des entailles ne modifierait pas le bon accord entre CIVA_GTD_MV et l’expérience.
Résultats pour l’entaille de hauteur 7.5 mm
Les résultats expérimentaux et de simulation avec l’entaille de 7.5 mm de hauteur sont présentés sur la figure ci-dessous.
La comparaison de la courbe expérimentale (en noir) avec la courbe simulée avec CIVA_GTD (en rouge) montre que les amplitudes simulées sont plus faibles les amplitudes expérimentales. L’écart le plus important (14 dB) est mesuré pour la PCS la plus forte (53mm).
La comparaison des résultats de simulation CIVA_GTD et CIVA_GTD_MV montre que les amplitudes mesurées avec CIVA_GTD_MV sont toujours supérieures à celles obtenues avec CIVA_GTD dès lors que |D| est supérieure à 4 mm.
On remarque également que les amplitudes obtenues avec CIVA_GTD_MV sont très proches des amplitudes expérimentales pour des angles d’incidence θ supérieurs à 57°.
Conclusion sur la détection en L45°
Afin d’obtenir des résultats de simulation avec le modèle GTD proches des résultats expérimentaux, il faut soit utiliser une description du champ plus précise et/ou prendre en compte l’ouverture de l’entaille par le biais d’une simulation CIVA ATHENA 2D.
Capteurs L60°
D’après les mesures expérimentales, l’angle de réfraction des ondes L émises par chacun des deux capteurs dans la pièce est 59°. L’amplitude de référence choisie est l’amplitude maximum de l’écho direct L d’un trou génératrice de diamètre 2 mm situé à 20mm de profondeur obtenue lorsque la PCS est de 68mm.
Les 4 entailles et les axes L des capteurs pour différentes PCS sont représentés sur la figure ci-dessous pour différentes PCS.
Résultats pour l’entaille de hauteur 15mm
Les résultats expérimentaux et de simulation avec l’entaille de 15mm de hauteur sont présentés sur la figure ci-dessous.
La comparaison de la courbe expérimentale (en noir) avec la courbe simulée avec CIVA_GTD (en rouge) montre que les amplitudes simulées sont toujours plus faibles que celles mesurées. La sous-estimation est constante et égale à 3 à 4 dB environ.
Par ailleurs, on vérifie que l’amplitude maximale est mesurée lorsque la PCS est la plus proche de la PCS de référence pour laquelle les axes L des capteurs se croisent au niveau du bord bas (symbolisée par le trait vertical en pointillé bleu).
La comparaison des résultats de simulation CIVA_GTD et CIVA_GTD_MV montre que les deux modèles donnent des résultats assez proches quelle que soit la distance |D| entre la profondeur du bord bas et le point de croisement.
Les résultats de simulations CIVA_ATHENA 2D ci-dessous permettent de comparer l’effet de l’ouverture de l’entaille sur les amplitudes de bord bas.
La prise en compte de l’ouverture de l’entaille permet de mesurer des amplitudes d’échos de diffraction plus élevées en particulier pour les angles d’incidence θ inférieurs à 60.5°. Il semble donc possible de réduire l’écart entre la simulation avec CIVA_GTD_MV (pour les angles d’incidence inférieurs à 62°) en prenant en compte l’ouverture de l’entaille. Cependant, un tel modèle « 3D » n’est pas encore disponible. Par ailleurs, pour les angles d’incidence supérieurs à 60.5°, on conserverait la sous-estimation de 2 à 3 dB de l’amplitude de diffraction par CIVA_GTD_MV, ce qui reste acceptable compte tenu de l’incertitude de mesure.
Résultats pour l’entaille de hauteur 12.5 mm
Les résultats expérimentaux et de simulation avec l’entaille de 12.5mm de hauteur sont présentés sur la figure ci-dessous.
La comparaison de la courbe expérimentale (en noir) avec la courbe simulée CIVA_GTD (en rouge) montre que les amplitudes simulées sont toujours plus faibles que celles mesurées. La sous-estimation est constante et égale à 3 à 4 dB environ.
Par ailleurs, on vérifie que l’amplitude maximale est mesurée lorsque la PCS est la plus proche de la PCS de référence symbolisée par le trait vertical bleu en pointillé.
La comparaison des résultats de simulation CIVA_GTD et CIVA_GTD_MV montre que les deux modèles donnent des résultats assez proches quelle que soit la distance |D| entre la profondeur du bord bas et le point de croisement.
Les résultats de simulations CIVA_ATHENA_2D (ci-dessous) permettent de comparer l’effet de l’ouverture de l’entaille sur les amplitudes de bord bas.
La prise en compte de l’ouverture de l’entaille permet de mesurer des amplitudes d’échos de diffraction plus élevés, en particulier pour les angles d’incidence θ inférieurs à 60°. Il semble donc possible de réduire l’écart entre la simulation avec CIVA_GTD_MV (pour les angles d’incidence inférieurs à 60°) en prenant en compte l’ouverture de l’entaille. Cependant, un tel modèle « 3D » n’est pas encore disponible. Néanmoins, pour les angles d’incidence supérieurs à 60°, on conserverait la sous-estimation de 2 à 3 dB de l’amplitude de diffraction par CIVA_GTD_MV. Cela reste acceptable compte tenu de l’incertitude de mesure.
Résultats pour l’entaille de hauteur 10 mm
Les résultats expérimentaux et de simulation avec l’entaille de 10mm de hauteur sont présentés sur la figure ci-dessous.
La comparaison de la courbe expérimentale (en noir) avec la courbe simulée CIVA_GTD (en rouge) montre que les amplitudes simulées sont toujours plus faibles que les amplitudes expérimentales. La sous-estimation augmente avec la PCS : elle est d’environ 3 à 4 dB pour les petites PCS et 6 à 7 dB pour les plus grandes.
Par ailleurs, on vérifie que l’amplitude maximale est mesurée lorsque la PCS est la plus proche de la PCS de référence (à l’endroit du trait bleu en pointillé) pour laquelle les axes L des capteurs se croisent au niveau du bord bas.
La comparaison des résultats de simulation CIVA_GTD et CIVA_GTD_MV montre que les deux modèles donnent des résultats assez proches jusqu’à ce que la distance |D| soit égale à 8mm. Au-delà, les amplitudes CIVA_GTD_MV sont supérieures à celles obtenues avec CIVA_GTD.
Les résultats de simulations CIVA_ATHENA_2D (ci-dessous) permettent de comparer l’effet de l’ouverture de l’entaille sur les amplitudes de bord bas.
La prise en compte de l’ouverture de l’entaille permet d’obtenir des amplitudes d’échos de diffraction plus élevées en particulier pour les angles d’incidence θ inférieurs à 62°. Il semble donc possible de réduire l’écart entre la simulation avec CIVA_GTD_MV (pour les angles d’incidence inférieurs à 62°) en prenant en compte l’ouverture de l’entaille. Cependant, un tel modèle « 3D » n’est pas encore disponible. Par ailleurs, pour les angles d’incidence supérieurs à 62°, on conserverait la sous-estimation de 2 à 3 dB de l’amplitude de diffraction par CIVA_GTD_MV, ce qui reste acceptable compte tenu de l’incertitude de mesure.
Résultats pour l’entaille de hauteur 7.5 mm
Les résultats expérimentaux et de simulation avec l’entaille de 7.5mm de hauteur sont présentés sur la figure ci-dessous.
La comparaison de la courbe expérimentale (en noir) avec la courbe simulée CIVA_GTD (en rouge) montre que les amplitudes simulées sont toujours plus faibles que les amplitudes expérimentales. La sous-estimation augmente avec la PCS : elle est d’environ 3 à 4 dB pour les petites PCS et 6 à 7 dB pour les plus grandes (7 dB à la PCS de 78mm).
La comparaison des résultats de simulation CIVA_GTD et CIVA_GTD_MV montre que les deux modèles diffèrent significativement dès que la distance |D| est égale à 6 mm. Au-delà de cette distance, les amplitudes CIVA_GTD_MV sont supérieures à celles obtenues avec CIVA_GTD.
Conclusion sur la détection en L60°
Afin d’obtenir des résultats de simulation avec le modèle GTD proches des résultats expérimentaux, il faut soit utiliser une description du champ plus précise et/ou prendre en compte l’ouverture de l’entaille par le biais d’une simulation CIVA_ATHENA_2D.
Capteurs L70°
D’après les mesures, l’angle de réfraction des ondes L émises par chacun des deux capteurs dans la pièce est 70°. L’amplitude de référence choisie est l’amplitude maximum de l’écho direct L d’un trou génératrice de diamètre 0.7 mm situé à 10 mm de profondeur obtenue lorsque la PCS est de 53mm.
Les 4 entailles et les axes L des capteurs pour différentes PCS sont représentés sur la figure ci-dessous.
Résultats pour l’entaille de hauteur 15mm
Les résultats expérimentaux et de simulation avec l’entaille de 15mm de hauteur sont présentés sur la figure ci-dessous.
La comparaison de la courbe expérimentale (en noir) avec la courbe simulée avec CIVA_GTD (en rouge) montre que les amplitudes simulées sont proches des amplitudes expérimentales sauf pour les plus petites PCS. Pour ces dernières, l’amplitude simulée est plus faible que l’amplitude expérimentale.
La comparaison des résultats de simulation CIVA_GTD et CIVA_GTD_MV montre que les deux modèles donnent des résultats assez proches pour les distances |D| entre la profondeur du bord bas et le point de croisement supérieure à -7mm. Pour les distances |D| inférieures à -7mm, l’amplitude simulée avec CIVA_GTD_MV est supérieure à celle mesurée avec CIVA_GTD et est par conséquent plus près de l’expérimentale.
Les résultats de simulations CIVA ATHENA 2D sont présentés ci-dessous. Ils permettent de comparer l’effet de l’ouverture de l’entaille sur les amplitudes de bord bas.
La prise en compte de l’ouverture de l’entaille n’a que très peu d’influence sur les amplitudes simulées. En effet, en L70°, l’angle d’incidence est plus grand qu’en L45° ou L60° ce qui défavorise l’apparition d’ondes rasantes le long de l’ouverture de l’entaille.
Résultats pour l’entaille de hauteur 12.5 mm
Les résultats expérimentaux et de simulation avec l’entaille de 12.5mm de hauteur sont présentés sur la figure ci-dessous.
La comparaison de la courbe expérimentale (en noir) avec la courbe simulée avec CIVA_GTD (en rouge) montre que les amplitudes simulées sont proches des amplitudes expérimentales sauf pour les plus petites PCS. Pour ces dernières, l’amplitude simulée est plus faible que l’amplitude expérimentale.
La comparaison des résultats de simulation CIVA_GTD et CIVA_GTD_MV montre que les deux modèles donnent des résultats assez proches pour les distances |D| supérieure à -6mm. Pour les distances |D| inférieures à -6mm, l’amplitude simulée avec CIVA_GTD_MV est supérieure à celle mesurée avec CIVA_GTD et est par conséquent plus près de l’expérimentale.
Les résultats de simulations CIVA ATHENA 2D sont présentés ci-dessous. Ils permettent de comparer l’effet de l’ouverture de l’entaille sur les amplitudes de bord bas.
La prise en compte de l’ouverture de l’entaille n’a que très peu d’influence sur les amplitudes simulées. En effet, en L70°, l’angle d’incidence est plus grand qu’en L45° ou L60° ce qui défavorise l’apparition d’ondes rasantes le long de l’ouverture de l’entaille.
Résultats pour l’entaille de hauteur 10 mm
Les résultats expérimentaux et de simulation avec l’entaille de 10mm de hauteur sont présentés sur la figure ci-dessous.
La comparaison de la courbe expérimentale (en noir) avec la courbe simulée CIVA_GTD (en rouge) montre que les amplitudes simulées sont proches de celles mesurées sauf pour les plus petites PCS. Pour ces dernières l’amplitude simulée est plus faible que l’amplitude expérimentale.
La comparaison des résultats de simulation CIVA_GTD et CIVA_GTD_MV montre que les deux modèles donnent des résultats assez proches pour les distances |D|, entre la profondeur du bord bas et le point de croisement, supérieures à -5mm. Pour les distances |D| inférieures à -5mm, l’amplitude simulée avec CIVA_GTD_MV est supérieure à celle mesurée avec CIVA_GTD et est par conséquent plus près de l’expérimentale.
Les résultats de simulations CIVA ATHENA 2D, ci-dessous, permettent de comparer l’effet de l’ouverture de l’entaille sur les amplitudes de bord bas.
La prise en compte de l’ouverture de l’entaille n’a que très peu d’influence sur les amplitudes simulées. En effet, en L70°, l’angle d’incidence est plus grand qu’en L45° ou L60° ce qui défavorise l’apparition d’ondes rasantes le long de l’ouverture de l’entaille.
Résultats pour l’entaille de hauteur 7.5 mm
Les résultats expérimentaux et de simulation avec l’entaille de 7.5mm de hauteur sont présentés sur la figure ci-dessous.
La comparaison de la courbe expérimentale (en noir) avec la courbe simulée avec CIVA_GTD (en rouge) montre que les amplitudes simulées sont très proches de celles mesurées pour toutes les PCS.
Conclusion sur la détection en L70°
De manière générale, les résultats de simulation sont en bon accord avec l’expérience en particulier pour les PCS les plus grandes.
Conclusion générale sur les comparaisons d’amplitude
Finalement, les résultats obtenus montrent que pour toutes les inspections L45°, L60° et L70°, les amplitudes des échos de bord bas des entailles prédites par CIVA sont en assez bon accord avec l’expérience pour la plupart des configurations étudiées. Pour le constater, 2 méthodes ont été employées :
- En calculant l’écho de bord bas d’un défaut rectangulaire d’ouverture quasi-nulle avec le modèle GTD et un défaut rectangulaire
- En calculant l’écho de bord bas d’une entaille avec des capteurs multiéléments (équivalents aux capteurs mono-élément originaux) avec le modèle CIVA_GTD_MV afin d’utiliser une description plus précise du champ incident sur le bord et l’ouverture de l’entaille. Cependant, il est à noter que ce calcul n’est pas réalisable avec CIVA11.0a pour un utilisateur qui n’a pas accès à la variable d’exécution MULTI-VOIES.
Pour les simulations avec modèle GTD et le modèle CIVA_GTD_MV qui n’aboutissent pas à un bon accord avec l’expérience, les écarts s’expliquent par la non prise en compte de l’ouverture de l’entaille lors du calcul des échos de bord bas. Ce sont des calculs « 2D » réalisés avec CIVA_ATHENA_2D qui ont permis d’aboutir à cette hypothèse. Cependant, ces calculs doivent être confirmés en « 3D » quand un modèle le permettant sera disponible.
Explications des ecarts entre l'expérience et le modèle GTD
Approximation du champ dans CIVA
En TOFD, le calcul de l’écho de diffraction du bord bas d’une entaille utilise une description simplifiée du champ ultrasonore émis par chaque capteur monoélément. La simplification concerne la forme temporelle, la direction d’incidence, l’amplitude, la phase et le temps de vol. La validité de cette approximation dépend donc de la position du bord de l’entaille dans le champ des capteurs. Ainsi, elle n’est plus valable quand la profondeur du bord bas de l’entaille est très éloignée de celle du point de croisement des axes capteurs, c’est à dire pour une distance « D » grande (cf. figure ci-dessous) et lorsque le bord bas n’est plus dans les zones de champ intense.
De plus, pour une distance « D » donnée, la validité de la description approchée du champ est réduite lorsque la distance « Di » entre le bord bas et le point d’impact du capteur est petite (cas de la configuration de gauche sur la figure ci-dessus), ce qui va de pair avec des problèmes connus de validité des prédictions de CIVA en champ proche.
La variable d’exécution « MULTI VOIES » de CIVA permet de s’affranchir de cette approximation. Chaque capteur monoélément est remplacé par un capteur multiéléments de 249 éléments de même forme. Cela permet une description plus précise du champ utilisé par le modèle GTD lors du calcul de l’interaction avec les entailles. En effet, alors qu’avec des capteurs monoélément, c’est le champ global qui est simplifié, avec des capteurs multiéléments, c’est chaque champ élémentaire qui est décrit de manière simplifiée. La variable d’exécution « MULTI VOIES » permet de calculer la réponse du bord bas en prenant compte au niveau de chaque point décrivant le bord, non pas le champ global formé par les capteurs monoélément mais les 249 champs élémentaires de chaque capteurs multiléments, ce qui permet une description plus précise du champ.
Non prise en compte de l’ouverture des entailles
La figure ci-dessous illustre la propagation d’ondes rasantes (L et T) le long de l’ouverture d’une entaille.
Ces ondes, très proches temporellement, peuvent modifier l’amplitude des échos des bords bas. Elles se manifestent surtout aux petits angles d’incidence θ sur le bord bas, donc aux petites PCS. Elles sont prises en compte avec le modèle GTD mais uniquement dans le cas où elles ont le même temps de vol puisque la GTD n’est valable que pour des entailles d’ouverture quasi-nulle.
Ainsi, pour prendre en compte ces ondes dans le cas des entailles d’ouverture 0.2mm, CIVA_ATHENA_2D a été utilisé. C’est le seul modèle « 2D » qui permette de prendre en compte l’ouverture des entailles. Les échos de bord bas d’entailles ouvertes décrites par des défauts de type « multifacettes » d’ouverture rectangulaire de 0.2mm et ceux d’entailles d’ouverture quasi-nulle ont donc été calculés avec ce modèle et comparés entre eux.
Enfin, il est à noter que les effets de la non prise en compte de l’ouverture de l’entaille peuvent se combiner à ceux de l’approximation du champ dans CIVA.
Comparaison des Ascans
L’étude de comparaison sur les Ascans montre que lorsque les amplitudes sont en bon accord, les Ascans le sont également. La figure ci-dessous illustre le bon accord entre les Ascans simulés et expérimentaux dans le cas de l’inspection en L60° avec une PCS de 38mm.
Lorsque les amplitudes prédites par CIVA_GTD ne sont pas en bon accord avec les amplitudes expérimentales, la superposition des Ascans peut être plus ou moins bonne en fonction de la cause des écarts en amplitude. Ainsi, si la description approchée du champ est responsable des différences en amplitudes entre simulation et expérience, alors les Ascans simulés et mesurés ne sont pas en bon accord (cf. figure ci-dessous pour l’entaille de hauteur 7.5mm détectée en OL45°).
Par ailleurs, il est à noter que dans les cas où les Ascans simulés avec CIVA_GTD ne sont pas en bon accord avec les Ascans expérimentaux alors les Ascans obtenus avec CIVA_GTD_MV sont souvent beaucoup plus proches des Ascans expérimentaux (cf. figure ci-dessous pour les entailles de hauteur 10mm et 7.5mm détectées en OL45°).
En revanche, si la cause des écarts en amplitude est liée à la non prise en compte de l’ouverture de l’entaille, alors les Ascans simulés et expérimentaux se superposent bien (cf. figure ci-dessous pour l’entaille de hauteur 7.5mm détectée en OL60°).
La prise en compte de l’ouverture de l’entaille ne change pas la forme des Ascans. Cela a été vérifié en comparant des Ascans obtenus avec CIVA_ATHENA_2D.
La figure ci-dessous montre les Ascans obtenus pour des configurations où la prise en compte de l’ouverture de l’entaille influe sur l’amplitude des échos de diffractions (OL60°, entaille de hauteur 15mm et 12.5mm).
Il y a un très bon accord des Ascans avec et sans prise en compte de l’ouverture de l’entaille.
Cela a été vérifié également pour les configurations où l’ouverture de l’entaille était responsable d’écarts en amplitude entre la simulation et l’expérience (par exemple : configuration OL45°).
Conclusion
- un bon accord entre les amplitudes des échos expérimentaux et simulés par le modèle GTD de CIVA11.0a :
- si le point de croisement des axes des capteurs est assez proche du bord bas de l’entaille
- ET si l’angle d’incidence θ des ondes L sur le bord est tel que l’ouverture de l’entaille n’a pas d’effet sur l’écho (θ supérieur à 50°- 55° dans le cas des capteurs de fréquence centrale 5MHz utilisés pour cette étude).
- des écarts dans les cas où la profondeur du bord bas s’éloigne de celle du point de croisement des axes des capteurs ou lorsque les angles θ sont inférieurs à 50°-55° environ. CIVA sous-estime alors les amplitudes par rapport à la mesure. Il est alors possible de réduire ces écarts de deux façons:
- en s’affranchissant de l’approximation du champ dans CIVA pour le calcul de l’interaction faisceau/entaille. Cette approximation n’est plus valable quand le bord bas est très éloigné du point de croisement des axes des capteurs. Les simulations avec le modèle GTD + la variable d’exécution MULTIVOIES (disponible pour les utilisateurs internes uniquement) ont montré que les amplitudes des échos de bord bas prédites par CIVA sont plus élevées que celles obtenues avec la GTD et aussi plus proches de la mesure ; idem pour les A-scans.
- en prenant en compte l’ouverture réelle des entailles usinées dans la pièce et en simulant les ondes pouvant se propager le long de cette ouverture. Cette prise en compte entraîne une modification de l’amplitude surtout aux petits angles d’incidence des ondes L sur le bord bas. Des simulations « 2D » réalisées avec ATHENA_2D et un défaut multi-facette décrivant une entaille ouverte ont montré que les amplitudes prédites par ATHENA_2D pour des entailles ouvertes sont plus élevées que celles des entailles d’ouverture quasi-nulle. Ainsi, on peut supposer qu’en « 3D », les amplitudes simulées se rapprocheraient de la mesure en prenant en compte l’ouverture.
Il est à noter que l’affranchissement de l’approximation sur le champ et de l’ouverture des entailles ne modifie pas les résultats qui présentaient déjà un bon accord entre simulation et expérience.
A noter que les entailles « réelles » (non usinées) ont une ouverture quasi-nulle ; le modèle GTD ou GTD + la variable d’exécution MULTI-VOIES doivent permettre de simuler correctement les échos de bord bas de ces entailles.
Continuer vers Résultats sur les échos de fond
Retour vers TOFD