{"id":4466,"date":"2025-06-24T18:38:54","date_gmt":"2025-06-24T16:38:54","guid":{"rendered":""},"modified":"2025-06-24T18:52:11","modified_gmt":"2025-06-24T16:52:11","slug":"multibonds-cylindrique-configurations-experimentales-et-de-simulation","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.extende.com\/fr\/la-simulation-cnd\/documentation\/validation-experimentale-des-modeles-civa\/validation-experimentale-des-modeles-civa-en-ultrasons\/ultrasons-echos-multibonds\/ultrasons-echos-multibonds-sur-piece-cylindrique\/multibonds-cylindrique-configurations-experimentales-et-de-simulation\/","title":{"rendered":"Multibonds cylindrique : Configurations exp\u00e9rimentales et de simulation"},"content":{"rendered":"

Maquettes<\/h2>\n<\/p>\n

Pour l\u2019\u00e9tude des multibonds, deux maquettes sp\u00e9cifiques ont \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9es : une cale plane et une cale cylindrique de m\u00eame \u00e9paisseur. La cale plane contient une entaille de 2 mm de hauteur et 10 mm d\u2019extension d\u00e9bouchant en fond de pi\u00e8ce ainsi qu’un\u00a0TG de 2 mm de diam\u00e8tre dont le centre est situ\u00e9 \u00e0 6 mm de la surface. La cale cylindrique contient une entaille de m\u00eame dimension d\u00e9bouchant en paroi interne et un TG de 2 mm dont le centre est situ\u00e9 \u00e0 6 mm de la surface. Les directions de balayage du capteur lors des inspections sont indiqu\u00e9es sur la figure ci-dessous.<\/p>\n<\/p>\n

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Pour l\u2019\u00e9talonnage du capteur, une troisi\u00e8me cale, de g\u00e9om\u00e9trie parall\u00e9l\u00e9pip\u00e9dique, contenant des TGde 3mm de diam\u00e8tre situ\u00e9s \u00e0 diff\u00e9rentes profondeurs a \u00e9galement \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9e.<\/p>\n<\/p>\n

Ces trois cales ont \u00e9t\u00e9 extraites du m\u00eame lingot d\u2019acier (norme de l\u2019acier de construction : S355 J2). Les d\u00e9fauts (entailles et TGs) ont \u00e9t\u00e9 usin\u00e9s de fa\u00e7on \u00e0 ce que dans chaque cale les fibres soient orient\u00e9es de la m\u00eame fa\u00e7on par rapport \u00e0 la direction de contr\u00f4le. Ces exigences ont pour but de garantir des param\u00e8tres de mat\u00e9riau identiques dans les 3 cales.<\/p>\n<\/p>\n

Traducteurs<\/h2>\n<\/p>\n

En raison de probl\u00e8mes de reproductibilit\u00e9 li\u00e9s au couplage, les essais de cette \u00e9tude ont \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9s en immersion. Plus d\u2019informations sont donn\u00e9es dans la partie \u00ab\u00a0Reproductibilit\u00e9 et incertitudes exp\u00e9rimentales\u00a0\u00bb.<\/p>\n<\/p>\n

La fr\u00e9quence et l\u2019ouverture du traducteur ont \u00e9t\u00e9 choisies de sorte \u00e0 disposer d\u2019un parcours suffisant pour pouvoir exploiter le maximum de rebonds. Un ensemble de simulations de champ a abouti au choix d\u2019un traducteur immersion \u00d812,7 mm de fr\u00e9quence centrale 5 MHz. La hauteur d\u2019eau a \u00e9t\u00e9 ajust\u00e9e pour que le premier \u00e9cho de coin de l\u2019entaille soit situ\u00e9 dans le champ lointain du traducteur.<\/p>\n<\/p>\n

Angles d’incidence<\/h2>\n<\/p>\n

Dans la pi\u00e8ce plane, l\u2019inspection a \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9e avec une incidence de 19\u00b0 pour g\u00e9n\u00e9rer des ondes T \u00e0 45\u00b0 dans la pi\u00e8ce et sur son fond. La figure ci-dessous pr\u00e9sente le champ rayonn\u00e9 dans la pi\u00e8ce plane.<\/p>\n<\/p>\n

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Dans la pi\u00e8ce cylindrique, l\u2019angle d\u2019incidence du capteur doit \u00eatre ajust\u00e9 \u00e0 16\u00b0 pour que le champ T g\u00e9n\u00e9r\u00e9 dans la pi\u00e8ce \u00e0 37\u00b0 intercepte le fond du cylindre \u00e0 45\u00b0. Cependant, ce champ T37\u00b0 est proche du champ T r\u00e9fract\u00e9 \u00e0 33\u00b0 pour lequel des ondes de t\u00eate g\u00e9n\u00e9r\u00e9es \u00e0 la surface du cylindre contribuent au champ rayonn\u00e9 dans le cylindre. Or, on sait que le champ T r\u00e9fract\u00e9 dans la pi\u00e8ce autour de l\u2019angle critique est mal simul\u00e9 car les ondes de t\u00eate ne sont pas prises en compte dans CIVA. Dans ces conditions, on peut donc s\u2019attendre \u00e0 une mauvaise pr\u00e9diction des \u00e9chos de l\u2019entaille. Ne souhaitant pas r\u00e9aliser une inspection dans des conditions pour lesquelles une source d\u2019erreur en simulation est d\u00e9j\u00e0 identifi\u00e9e, nous avons choisi d\u2019augmenter l\u2019angle d\u2019incidence afin d\u2019\u00e9viter la g\u00e9n\u00e9ration des ondes de t\u00eate.<\/p>\n<\/p>\n

Augmenter sensiblement l\u2019angle d\u2019incidence ne permet pas de s\u2019assurer qu\u2019aucune onde de t\u00eate ne sera g\u00e9n\u00e9r\u00e9e. Par ailleurs, on peut s\u2019attendre \u00e0 la pr\u00e9sence d\u2019ondes rasantes g\u00e9n\u00e9r\u00e9es \u00e0 la surface de l\u2019entaille. Par exemple pour une incidence de 19\u00b0, le champ T45\u00b0 r\u00e9fract\u00e9 dans la pi\u00e8ce intercepte l\u2019entaille avec un angle de 33.5\u00b0 proche de l\u2019angle critique de 33\u00b0. Ces ondes rasantes peuvent contribuer aux \u00e9chos renvoy\u00e9s par l\u2019entaille mais CIVA ne les prend pas en compte. On identifie donc une seconde source d\u2019erreur lors de la simulation avec CIVA de l\u2019inspection avec une incidence de 19\u00b0.<\/p>\n<\/p>\n

Finalement, les inspections dans le cylindre ont \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9es aux incidences 16\u00b0, 17\u00b0, 18\u00b0 et 19\u00b0. Les ondes T sont alors r\u00e9fract\u00e9es dans la pi\u00e8ce \u00e0 37\u00b0 (i16\u00b0), 39\u00b0 (i17\u00b0), 42\u00b0 (i18\u00b0) et 45\u00b0 (i19\u00b0) c\u2019est-\u00e0-dire de plus en plus loin de l\u2019angle critique \u00e0 la surface du cylindre et de plus en plus pr\u00e8s de l\u2019angle critique sur la surface de l\u2019entaille. Le but de cette variation lente de l\u2019angle d\u2019incidence est de faciliter l\u2019analyse des r\u00e9sultats qui s’av\u00e9r\u00e9r\u00a0compliqu\u00e9e du fait de la pr\u00e9sence des ondes de t\u00eate et des ondes rasantes.<\/p>\n<\/p>\n

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Les champs T direct et apr\u00e8s un rebond sur le fond de la pi\u00e8ce ont \u00e9t\u00e9 calcul\u00e9s avec CIVA pour les angles d\u2019incidence de 16\u00b0, 17\u00b0, 18\u00b0 et 19. Les directions locales sont affich\u00e9es aux points de calcul de la zone de champ dont l\u2019amplitude est sup\u00e9rieure \u00e0 -6dB par rapport \u00e0 l\u2019amplitude maximale de la zone. On voit que le max du champ T direct se situe au niveau de fond du cylindre uniquement pour l\u2019incidence de 16\u00b0. Pour des incidences plus grandes, le maximum du champ se situe au-dessus du fond. Le champ T apr\u00e8s rebond est d\u2019autant plus divergent que l\u2019angle d\u2019incidence augmente.<\/p>\n<\/p>\n

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Param\u00e8tres du traducteur entr\u00e9s dans CIVA<\/h2>\n<\/p>\n

Le signal d\u2019entr\u00e9e du capteur a \u00e9t\u00e9 choisi pour que les \u00e9chos directs T exp\u00e9rimental et simul\u00e9 d\u2019un TG\u00d82mm situ\u00e9 \u00e0 6mm de profondeur dans la pi\u00e8ce plane de 12mm d\u2019\u00e9paisseur soient en bon accord.<\/p>\n<\/p>\n

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Param\u00e8tres de simulation<\/h2>\n<\/p>\n

Les simulations ont \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9es avec CIVA11.1.<\/p>\n<\/p>\n

Les param\u00e8tres d\u2019entr\u00e9e de CIVA sont donn\u00e9s ci-dessous :<\/p>\n<\/p>\n\n\n\n\n
Caract\u00e9ristique du mat\u00e9riau des cales<\/caption>\n
Vitesse des ondes L<\/td>\nVitesse des ondes T<\/td>\nDensit\u00e9<\/td>\nAtt\u00e9nuation<\/td>\n<\/tr>\n
5950 m\/s<\/td>\n3290 m\/s<\/td>\n7.8\u00a0g.cm-3<\/sup><\/td>\nAtt\u00e9nuation pour les ondes T (cf. chapitre \u00ab\u00a0Att\u00e9nuation\u00a0\u00bb)<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

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Les vitesses des ondes L et T ont \u00e9t\u00e9 obtenues par mesures exp\u00e9rimentales des temps de vol de plusieurs \u00e9chos de fonds successifs dans la cale d\u2019\u00e9talonnage de 110mm d\u2019\u00e9paisseur. Un capteur L0\u00b0 \u00e0 5MHz a \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9 pour la mesure de vitesse des ondes L, et un capteur T0\u00b0 \u00e0 la m\u00eame fr\u00e9quence pour la mesure de vitesse des ondes T.<\/p>\n<\/p>\n

La pr\u00e9cision des calculs de champ et d\u2019\u00e9chos est de 3.<\/p>\n<\/p>\n

Echos simul\u00e9s avec CIVA<\/h2>\n<\/p>\n

Lors de l\u2019inspection multibonds en mode T45\u00b0 d\u2019une entaille d\u00e9bouchant en fond de pi\u00e8ce plane, plusieurs \u00e9chos d\u2019amplitudes importantes correspondant \u00e0 diff\u00e9rents trajets capteur-entaille- capteur apparaissent. Dans la suite du document ils seront num\u00e9rot\u00e9s de 1 \u00e0 7.<\/p>\n<\/p>\n

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Pour des raisons de temps de calcul et de limitation du nombre de modes qu\u2019il est possible de calculer simultan\u00e9ment dans CIVA, ce dernier a \u00e9t\u00e9 limit\u00e9. Les simulations pr\u00e9sent\u00e9es ont \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9es en mode T seul. Il a \u00e9t\u00e9 v\u00e9rifi\u00e9 que la non prise en compte des conversions de modes ne modifiait pas les amplitudes des \u00e9chos multibonds de l\u2019entaille (voir exemple ci-dessous pour l\u2019angle d\u2019incidence de 16\u00b0).<\/p>\n<\/p>\n

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Par ailleurs, toujours dans le but de r\u00e9duire le nombre de modes calcul\u00e9s, tous les \u00e9chos en modes T n\u2019ont pas \u00e9t\u00e9 calcul\u00e9s. En effet, la liste des modes propos\u00e9e automatiquement par CIVA est tr\u00e8s longue lorsque le nombre de rebonds augmente (elle comporte 105 modes T pour un calcul d\u2019\u00e9chos apr\u00e8s 7 rebonds du champ sur le fond). Beaucoup de ces modes ne contribuent que tr\u00e8s peu et il n\u2019est donc pas n\u00e9cessaire de tous les calculer. Une liste de modes a donc \u00e9t\u00e9 cr\u00e9\u00e9e manuellement de mani\u00e8re \u00e0 ne calculer qu\u2019une partie de ces \u00e9chos. Cette liste comprend :<\/p>\n<\/p>\n