Development of an eddy current inversion algorithm for characterization of surface defects

Résumé

L'industrie aérospatiale est de plus en plus préoccupée par l'intégrité et la performance des structures métalliques vieillissantes dans les aéronefs qui ont été en service durant plusieurs années. Les charges cycliques appliquées à ces structures pendant la circulation au sol, la pressurisation, le décollage, la dépressurisation et l'atterrissage favorisent l’amorçage et la propagation de nombreuses fissures de fatigue dans les zones de concentration de contrainte. Ces fissures doivent être détectées et dimensionnées avec fiabilité par des méthodes de contrôle non destructif (CND) avant qu'elles n'atteignent une taille critique qui pourrait entraîner la défaillance désastreuse de la composante. Non seulement les inspections en service bénéficient d'un système de CND fiable, mais le rôle de ces systèmes devient vital lors des phases de conception. De nos jours, il est possible d'estimer la durée de vie d'une composante critique en se basant sur des modèles élaborés à partir de la mécanique de la rupture. Ces modèles permettent d’estimer, pour une durée de vie planifiée, la taille maximale d'un défaut acceptable dans une zone donnée. Par ailleurs, la taille maximale des défauts acceptables et la limite de détection fiable d'une technique de contrôle sont les intrants de modèles d'évaluation des risques utilisés pour planifier les inspections périodiques en service. En gardant cela à l'esprit, il est évident que la détection des défauts n'est plus la seule préoccupation des études sur les CND. Par conséquent, les études récentes tentent de se concentrer sur le dimensionnement des défauts et la fiabilité d'un tel dimensionnement. Les essais par courants de Foucault (ECF) constituent une méthode électromagnétique de CND bien établie. Depuis plusieurs années, elle est utilisée pour inspecter les composants du fuselage, du moteur et des roues d'un aéronef à la recherche de légers défauts de surface. Dans ce contexte, les sondes de surface différentielles en réflexion (noyau en forme de D inversé) sont parmi les meilleures candidates puisqu'elles fournissent un rapport signal sur bruit élevé. La complexité de la théorie électromagnétique régissant les ECF, additionnée à la finesse des détails géométriques de ces sondes ont ralenti le développement de modèles analytiques et semi-analytiques portant sur l'interaction entre ces sondes et des défauts de surface. Par conséquent, le développement de modèles pouvant fournir des mesures quantitatives des défauts inspectés s'est accompagné de difficultés. Cependant, au cours des dernières décennies, avec le développement de l'informatique, la modélisation de ce type de problèmes est devenue plus facile grâce à des méthodes numériques telles que la modélisation par éléments finis (MEF). De plus, les techniques de calcul souple sont devenues suffisamment sophistiquées pour imiter efficacement la reconnaissance des forms et les capacités décisionnelles du cerveau humain. Ces nouvelles possibilités, issues de l'ère technologique, peuvent être intégrées afin de développer de nouvelles methodologies d'interprétation des signaux ECF et de dimensionnement des défauts détectés. La présente recherche vise à développer un algorithme d'inversion des courants de Foucault pour caractériser des défauts de surface. Ce travail de recherche consiste en deux parties. La première vise à développer un outil MEF pour simuler le balayage des encoches de surface avec une sonde ECF. Dans ce contexte, la capacité de Comsol Multiphysics à modéliser l'interaction entre une sonde de surface différentielle et différentes encoches de surface a été étudiée et le modèle a été validé par des résultats expérimentaux. Par la suite, un système d'inférence adaptatif neuro-flou, conçu pour l'estimation de la longueur d'entailles, a été entraîné en utilisant les signaux de diverses encoches générées par simulation. De plus, le système de dimensionnement a été testé et sa performance a été évaluée. Concernant la deuxième partie de cette recherche, la fiabilité d'un système ECF manuel et automatisé a été étudiée en comparant les courbes de probabilité de détection obtenues en testant des composants en acier ferromagnétique comportant des fissures de fatigue. L'étude a porté sur une sonde de surface différentielle, différents inspecteurs et une variation de paramètres d'essai influents. Le concept de dimensionnement proposé dans cette recherche peut être utilisé pour tout type de sonde ECF, de matériau et de défaut.

Date	20 août 2018
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Martin Viens (Directeur(-trice)) & Wen Fang Xie (Codirecteur(-trice))