Soutenance de thèse : Xi CHEN

Caractérisation expérimentale, modélisation et simulation de la rupture et de l'émission acoustique associée

Doctorant : Xi CHEN

Laboratoire INSA : MATEIS - Matériaux Ingénierie et Sciences
École Doctorale : n°34 ML - Matériaux

L'établissement d'une corrélation claire entre les caractéristiques du signal d'émission acoustique (EA) et les caractéristiques de la source qui induit la propagation de l'onde dans le matériau est un défi en contrôle non destructif de l'endommagement dans les matériaux. En effet, les caractéristiques du signal sont fortement influencées par le milieu de propagation, la détection du capteur et le système d'acquisition. Il est également difficile de généraliser la validation des approches de classification des signaux d'émission acoustique mesurés et de leur lien avec les différents mécanismes d'endommagement. Les relations établies sont donc principalement qualitatives. La modélisation numérique du processus d'EA permet d'envisager une analyse quantitative. La simulation permet aussi d'accroître la robustesse et la fiabilité de l'application de l'EA. Ce travail vise donc à établir un lien quantitatif entre un signal d'EA mesuré et la source correspondante. Il est basé, d'une part, sur la caractérisation expérimentale de l'EA en tenant compte de l'influence de la géométrie de l'échantillon et du type de capteur ; d'autre part, il se concentre également sur la simulation numérique de l'amorçage de la fissure, en tant que source d'émission acoustique, et de la propagation de l'onde dans l'échantillon. La simulation de la chaîne d'acquisition d'EA comprend la modélisation de la source d'EA, de la propagation de l'onde, de la détection du capteur et du système d'acquisition. Parmi ces parties de modélisation, ce travail se concentre sur (1) la simulation de la source d'EA résultant de l'amorçage de la fissure;
(2) l'étude de l'effet du capteur et de l'effet de l'épaisseur d'un point de vue expérimental ; (3) la simulation des signaux d'EA générés par une rupture de mine de crayon pour étudier l'influence des différentes conditions de simulation, y compris les dimensions de modélisation, les conditions aux limites et l'amortissement du matériau. L'amorçage de la tissure est considéré comme une source d'émission acoustique et modélisé sur la base du critère couplé dynamique. Le critère couplé dynamique est évalué en comparant la prédiction de l'amorçage de la fissure à partir d'un trou circulaire dans des plaques, numériquement et expérimentalement. Plusieurs facteurs, tels que le profil de vitesse de la fissure pendant l'amorçage et la propagation de la fissure, le comportement élastique linéaire ou non linéaire du matériau et la méthode de séparation progressive ou simultanée des nœuds, influencent l'énergie émise pendant la fissuration. Une description précise du processus amorçage et de propagation des fissures est donc importante pour une modélisation fiable des sources d'émission acoustique. Le capteur utilisé joue aussi un rôle clé, car il déforme les signaux dans le domaine temporel et le domaine fréquentiel, ainsi que ses descripteurs. Une procédure axée sur une source unique générée par la rupture d'une mine de crayon est proposée pour réduire l'effet de capteur ainsi que l'effet d'épaisseur afin d'obtenir un ensemble de données générales provenant de plusieurs types de capteurs et de plaques d'épaisseurs différentes. La simulation correspondante est réalisée à l'aide de modèles 2D ou 3D. La simulation numérique nous permet de mettre en évidence l'importance des conditions aux limites et d'identifier le comportement d'amortissement du matériau en comparant les résultats numériques et expérimentaux. L'approche proposée permet de faire un pas en avant dans l'établissement d'un lien quantitatif entre la source d'EA et les caractéristiques du signal mesuré.