MUSCAD, Caractérisation de matériaux

Les techniques de Contrôle Non Destructif reposant sur les ondes élastiques ultrasonores sont très largement répandues dans l’industrie nucléaire car elles permettent en particulier le contrôle dans le volume du composant. Cependant, des structures complexes et hétérogènes (aciers à gros grain, soudures, liaisons bimétalliques…) se rencontrent couramment dans les circuits de refroidissement des Réacteurs nucléaires à Eau sous Pression (REP) qui équipent tout le parc électronucléaire français. L’hétérogénéité de ces matériaux dégrade les performances des contrôles en raison des nombreux effets de diffusion (atténuation, bruit de structure, dispersion), subis par l’onde ultrasonore. En outre, les variations locales de leurs propriétés mécaniques (taille de grain, orientation cristallographique…) conduisent à des différences de réponse selon les positions d’inspection.

Pour évaluer la fiabilité des techniques d’inspection sur ce type de composants, la simulation est de plus en plus utilisée mais requiert au préalable la connaissance précise de la structure à contrôler. Le projet MUSCAD vise donc à développer de nouveaux outils de caractérisation de milieux complexes, notamment comportant une microstructure hétérogène et anisotrope, par inversion de mesures ultrasonores. L'objectif de cette démarche est d’évaluer les propriétés mécaniques de ces matériaux directement utilisables en entrée des logiciels de simulation dans le but d’améliorer le diagnostic et la contrôlabilité des composants. La sensibilité de la modélisation aux paramètres mécaniques sera alors quantifiée sur un cas d’étude réaliste représentatif d’un contrôle de cordon de soudure.

 

 

CEA LIST

Au sein de CEA Tech, direction de la recherche technologique du CEA, l'Institut CEA LIST focalise ses programmes de R&D sur les systèmes numériques pour l'industrie et des thématiques à forts enjeux économiques et sociétaux : manufacturing avancé, systèmes embarqués, intelligence ambiante et santé.

La mission du CEA LIST consiste à développer des briques technologiques génériques dans les domaines des systèmes numériques complexes et à les adapter aux besoins des différents secteurs applicatifs. Dans le domaine du Contrôle Non Destructif, le Département Imagerie et Simulation pour le Contrôle (DISC), impliqué dans le projet MUSCAD, développe la plate-forme collaborative de simulation CIVA, logiciel distribué dans l’industrie et aujourd’hui en position de leadership international.

Dans ce contexte le LIST a une forte expertise sur la modélisation des techniques de contrôle par ultrasons en particulier, multi-éléments. Les membres impliqués dans le projet sont des ingénieurs R&D sur les techniques d'essais non destructifs et ont largement contribué au succès du projet MOSAICS par l’intégration dans CIVA de la simulation de la propagation des ondes ultrasonores au sein de milieux définis à l’aide de tenseurs de rigidité complexes.

 

EDF - R&D

Les laboratoires d’EDF R&D réalisent des projets dans le domaine des CND afin d’évaluer, assurer et améliorer les performances des contrôles mis en œuvre sur le parc électro-nucléaire.

Le département MMC (Matériaux et Mécanique des Composants) dispose de compétences importantes dans les domaines du CND et de la science des matériaux, ainsi que de nombreux moyens expérimentaux, que ce soit dans le domaine des CND ou la caractérisation des matériaux.

Il dispose également d’un atelier mécanique permettant l’usinage de maquettes et l’implantation de défauts, ainsi que de moyens de vieillissement et de traitement thermique des maquettes. Ces dispositifs sont complétés par un atelier de soudage et des moyens de caractérisation de structure, notamment par EBSD (electron back scatter diffraction). 

 

Insa

Les axes de recherche du Laboratoire Vibrations Acoustique de l'INSA de Lyon sont, la vibro-acoustique, l'identification des sources, la perception sonore et vibratoire et la surveillance, le diagnostic et le CND de structures industrielles.

Les membres impliqués dans ce projet, appartiennent à ce dernier axe. Ils ont contribué dans le projet MOSAICS au niveau de l'élaboration de la technique ultrasonore de mesure des constantes d'élasticité complexes des matériaux.

Ils ont mis au point le dispositif expérimental ainsi que les méthodes de traitement des données et de mise au point de l'algorithme d'inversion conduisant à partir des signaux acquis de remonter à l'identification du tenseur des constantes d'élasticité complexes.

 

lma

Le LMA est une Unité Propre de Recherche du CNRS (UPR 7051) rattachée à l’Institut des Sciences de l’Ingénierie et des Systèmes (INSIS) et liée par convention, dans le cadre du contrat quadriennal 2012-2016, à Aix-Marseille Université (AMU).

L’effectif du LMA est d’environ 120 personnes (chercheurs, enseignants-chercheurs, ITA, doctorants et post doctorants).

 Les thématiques de recherche relèvent de la Mécanique et de l’Acoustique. En Mécanique, elles concernent le comportement des matériaux, des structures, ainsi que les vibrations non linéaires. En Acoustique, elles s’étendent de la propagation d’ondes au traitement des sons et de la musique. La caractérisation non destructive fait partie des nouveaux thèmes du pôle Ondes et Imagerie depuis l’intégration au LMA du Laboratoire de Caractérisation Non Destructive (ex. LCND) le 01/01/2012.

L’ex-LCND a plus de 20 ans d’expériences dans le CND et a contribué au succès du projet MOSAICS.

 

extende

EXTENDE, PME fondée fin 2009, est le distributeur exclusif de la plate-forme logicielle CIVA développée par le CEA LIST.

Elle rassemble des spécialistes de la modélisation CIVA doublés d’une expérience opérationnelle et industrielle lui donnant une légitimité particulière à incarner le lien entre le monde de la recherche et de la communauté des utilisateurs industriels de codes de modélisation.

Un accord de R&D relie EXTENDE et le CEA. L’équipe d’ingénieurs et docteurs d’EXTENDE impliquée dans le projet MUSCAD a, en outre, participé au précédent projet ANR MOSAICS. Les travaux issus de sa participation (validation par la simulation) ont fait l’objet de publications et ont été présentés dans le cadre de congrès nationaux (COFREND 2014) et internationaux (INCDE 2014). 

 

TÂCHE 1 :  coordination du projet

Leader : CEA LIST

Objectifs visés : Assurer la coordination du projet

TÂche 2 : spécification fonctionnelle et définition des cas cibles

Leader : EDF

Objectifs visés : Définir les spécifications fonctionnelles des outils et les cas d'application pour validation

TÂCHE 3 : developpement des outils de modélisation

Leader : CEA LIST

Objectifs visés : Modéliser les différents plans d'expérience développés à l'INSA pour la caractérisation ultrasonore en transmission, étendre les domaines d'application vers des configurations multiéléments et autoriser des simulations pour la caractérisation en réflexion

TÂCHE 4 : développement des outils de caractérisation ultrasonore

Leader : INSA LVA

Objectifs visés : Fiabiliser la méthode d'identification des parties imaginaires du tenseur d'élasticité, valider les résultats obtenus grâce à des données simulées par CIVA et estimer l'influence des incertitudes expérimentales sur les résultats.

TÂCHE 5 : étude en sensibilité d'un procédé de contrôle de soudure

Leader : AMU LMA

Objectifs visés : Développer une méthodologie spécifique de propagation d'incertitudes adaptée au contrôle US d'un cordon de soudure, évaluer la sensibilité de divers descripteurs de la modélisation par rapport aux données d'entrée décrivant la viscoélasticité du matériau.

TÂCHE 6 : Application et validation des méthodes et outils

Leader : EXTENDE

Objectifs visés : Mise en oeuvre des méthodes et outils sur quelques cas industriels avec complexité croissante, évaluation de la performance des méthodes et outils développés

TÂCHE 7 : Dissemination

Leader : EXTENDE

Objectifs visés : Communication et valorisation du projet

 

CFA 2018 - LE HAVRE

Comment augmenter la précision du tenseur d'élasticité lors de la caractérisation par ultrasons d'aciers anisotropes : points clé pour l'évaluation de la partie réelle du tenseur

Auteurs : B. Mascaro et P. Guy - INSA Lyon

Résumé :

La caractérisation d’aciers à caractère anisotrope par des techniques de propagation d’ondes ultrasonores, présente un intérêt important pour évaluer la résistance de pièces métalliques utilisées dans l’industrie nucléaire pour la production d’énergie.  Une méthode provenant de travaux antérieurs consiste à réaliser une inversion grâce à un processus d’optimisation à partir de mesures des vitesses d’ondes ultrasonores se propageant dans un ensemble de directions différentes. Il est possible, grâce à cette méthode, d’obtenir de manière non destructive le tenseur orthotrope du matériau ainsi que son orientation dans l’échantillon selon trois angles d’Euler.  Néanmoins, la mise en œuvre expérimentale ainsi que le traitement des données dans les différentes directions de l’espace, incluant l’identification des modes de polarisation (longitudinal, transverse horizontal, transverse vertical) sur un grand nombre de directions de propagation, sont des facteurs qui influent sur la détermination des constantes du tenseur. Le travail présenté s’inclut dans un projet ayant pour objectif d’augmenter la fiabilité de cette méthode et de réduire l’incertitude des constantes obtenues, afin de pouvoir caractériser les matériaux anisotropes de façon la plus précise possible. A ce titre, nous proposons d’examiner les points importants concernant la méthode expérimentale, la visualisation des données ainsi que la sélection des modes à partir des signaux mesurés en transmission à travers le matériau.

Présentation :

La présentation peut être téléchargée ici