Development and implementation of an alternative method for complete characterization of surface-breaking cracks using ultrasonic Rayleigh waves

Résumé

Cette thèse se concentre sur le développement d’une nouvelle méthode pour caractériser les fissures de surface en utilisant des ondes de Rayleigh, offrant une alternative aux approches actuelles de contrôle non destructifs (CND). Les fissures de surface sont courantes dans de nombreuses industries, et les méthodes traditionnelles telles que le contrôle par courants de Foucault (CCF) présentent des inconvénients, nécessitant un étalonnage complexe et des inspecteurs hautement qualifiés. Le CCF rencontre également des défis dans les inspections de grandes surfaces, exigeant de nombreux balayages et ayant une profondeur de pénétration limitée, affectant la plage de détection. Un intérêt de recherche récent s’est développé autour de la méthode de dimensionnement des fissures avec les ondes de Rayleigh excitées avec un sabot en raison de son excitabilité unidirectionnelle et de sa capacite a balayer de grandes surfaces avec quelques emplacements de sonde. Cependant, des défis surviennent car les caractéristiques d’ondes de Rayleigh générées par les extrémités de fissure sont souvent faibles et masquées par le bruit et elles s’atténuent souvent avant d’atteindre la sonde réceptrice en raison du couplant a l’interface entre le sabot et la pièce. Par conséquent, dimensionner la profondeur de fissures est difficile en utilisant une configuration d’écho-impulsion si un sabot est utilisé. De plus, la flexibilité pour générer des ondes de Rayleigh sur différents guides d’ondes en utilisant le même sabot est limitée, car l’angle du sabot dépend de la longueur d’onde des ondes de Rayleigh. Cette thèse aborde ces problèmes en introduisant une méthode alternative d’excitation des ondes de Rayleigh en utilisant un transducteur multiélément conventionnel, offrant des capacités similaires a la technique de sabot mais surmontant ses limitations. Cette nouvelle méthode est ensuite étendue pour innover une approche de dimensionnement des fissures de surface basée sur un mode spécifique d’onde de Rayleigh converti provenant de la pointe d’une fissure, reposant uniquement sur les informations de temps de vol (TOF). De plus, une nouvelle méthode est introduite pour acquérir la capture complète de la matrice des ondes de Rayleigh (FMC), qui est ensuite utilisée avec l’algorithme d’imagerie de la méthode de focalisation totale (TFM) pour générer des images de fissures de surface. Cette approche complète permet la caractérisation complète des fissures de surface, y compris l’estimation de la longueur et de la profondeur en une seule mesure, une capacite absente dans les méthodes de CND existantes. Les performances des méthodes proposées sont démontrées par des simulations par éléments finis et des expériences. Les résultats de cette étude montrent un dimensionnement précis de la longueur et de la profondeur de la fissure avec une marge d’erreur de 5%. En conclusion, la thèse suggère que la méthode de caractérisation des fissures de surface présentée a le potentiel d’être une alternative appropriée aux méthodes actuelles de CND.

Date	8 avr. 2024
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Pierre Bélanger (Directeur(-trice))