Literatura científica selecionada sobre o tema "Transducteur à ondes planes"

L’utilisation des méthodes de contrôle nondestructif (CND) est essentielle pour assurer l’intégrité des structures aéronautiques, et les systèmes de contrôle santé intégré des structures (SHM) offrent la possibilité de surveiller en temps réel l’état des structures ou de contrôler des pièces difficiles d’accès. Les matériaux composites, de plus en plus utilisés pour la fabrication des aéronefs, permettent d’intégrer des systèmes SHM directement à coeur du matériau. L’étude se concentre sur l’intégration d’un transducteur piézoélectrique (PZT) à coeur du composite stratifié. L’intégrité du PZT intégré est vérifiée par radiographie X, et sa capacité d’émission et de réception des ondes ultrasonores guidées est vérifiée avec un banc de vibrométrie laser et des essais pitch-catch. Les résultats montrent que l'intégration du PZT à coeur du composite est réussie, et que le système SHM intégré est capable de générer et détecter des ondes ultrasonores guidées. Les paramètres optimaux pour réaliser un essai de détection de défauts sont ensuite déterminés. L’amplitude des ondes de flexion est favorisée par un positionnement du PZT intégré près de la surface du composite. De plus, la fréquence d'excitation optimale du PZT est déterminée pour permettre une détection efficace des défauts. Les résultats ouvrent la voie à l'utilisation de cette méthode pour assurer la surveillance et la maintenance des structures aéronautiques de manière fiable et plus efficace. 1.

Ce travail s’inscrit dans le cadre du contrôle de composants de forte épaisseur, en particulier dans l’industrie nucléaire. Les conditions de fonctionnement sévères (température, pression, irradiation…) peuvent être à l’origine de divers types de défauts mettant en jeu la sûreté des installations. Si les défauts volumiques sont aisément détectables, les fissures de faible ouverture orientées perpendiculairement aux surfaces accessibles pour le contrôle sont plus problématiques, plus particulièrement si elles sont localisées à coeur. Si elles ne sont pas détectées à temps, elles peuvent s’étendre selon l’épaisseur du composant et rompre l’étanchéité de ce dernier. Dans cette étude, on s’intéresse en particulier aux méthodes d’imagerie par ultrasons multiéléments de ces fissures dans des composants métalliques. L’objectif principal consiste à mettre au point une méthode de contrôle efficace de ces défauts à un stade précoce, tout en réduisant au minimum la durée du contrôle. La combinaison des contraintes de dimensions de défaut visé, nombre d’éléments du transducteur acceptable, et épaisseur des composants conduit à l’exploitation d’une configuration en transmission, dans laquelle on dispose une paire de capteurs multiéléments situés de part et d’autre de la pièce à inspecter, profitant de l’accessibilité de deux faces parallèles du composant. Des algorithmes d’imagerie basés sur l’émission d’ondes planes sont alors évalués, d’une part sur des données simulées à l’aide du logiciel CIVA, et d’autre part sur des données expérimentales sur une pièce en acier contenant des fissures électro-érodées dans toute son épaisseur. La couverture de zone atteignable dans une telle configuration est étudiée. Les algorithmes d’imagerie existant dans des configurations mono-capteur multiéléments sont étendus à la configuration en transmission, tout d’abord dans le domaine temporel (imagerie PWI), puis dans le domaine fréquentiel (imagerie fk), ce qui constitue une première étape vers une imagerie en temps réel de ces structures.

Les essais non destructifs par ultrasons s'intéressent, à la demande de l'industrie, à des matériaux de plus en plus complexes. Ils nécessitent, tant pour la caractérisation de défauts que celle de matériaux, de prévoir et d'améliorer les faisceaux des transducteurs. Le modèle présenté ici fait appel à une décomposition du champ en ondes planes monochromatiques au niveau de la face avant du transducteur appelée encore droite de référence. Les caractéristiques et les amplitudes des ondes se propageant dans le milieu anisotrope sont déterminées respectivement à partir des lois de Snell-Descartes généralisées et par une projection du vecteur vitesse particulaire sur les vecteurs polarisation des ondes. Le faisceau est ensuite recomposé de manière classique suivant une droite parallèle à la référence. Le logiciel développé a permis, par une représentation originale du champ décrivant le mouvement réel des particules, de faire un certain nombre d'observations : polarisation résultante elliptique dans le champ proche et rectiligne dans le champ intermédiaire, déviation des faisceaux des ondes quasi-longitudinales et quasi-transversales, variation de la focalisation du champ en fonction du facteur d'anisotropie du milieu. La recomposition a ensuite été réalisée sur une droite non parallèle à la référence. Une rotation du référentiel a alors été nécessaire et s'est accompagnée d'un calcul de déterminant de jacobien. La perte de l'équirépartition des points de calcul a été résolue par un remaillage judicieux. L'étendue spectrale du faisceau a ainsi pu être optimisée. Le formalisme a enfin été étendu à d'autres cas de figure : contrainte imposée sur la droite de référence, milieu de propagation absorbant, transducteur à incidence oblique et transducteur focalisé. La prise en compte de ces deux derniers a permis d'évaluer de manière plus précise que par une méthode classique de trace de rayons, le champ acoustique généré lors des contrôles non destructifs.

Les développements à venir, tant dans le domaine de l'imageriemédicale que dans celui du contrôle non-destructif, sont conditionnés par les enjeux de l'imagerie tridimensionnelle ”temps réel”, parmi lesquels on peut identifier la conception de sondes ultrasonores à haute densité d'intégration et la création de nouvelles pratiques d'imagerie fondées sur des transducteurs polyvalents. Dans ce contexte, les sondes sont devenues des réseaux de plusieurs centaines, voire
milliers, de transducteurs élémentaires, qui, d'une part, rendent les modèles unidimensionnels obsolètes, et, d'autre part, les modèles numériques trop lourds au premier abord. Lors de ces travaux de doctorat, nous avons élaboré de nouvelles stratégies de modélisation et de conception des sondes d'imagerie, fondées sur l'exploitation du caractère massivement périodique de telles structures.
Avec en ligne de mire les structures composites piézoélectriques qui constituent le coeur des sondes modernes, nous avons développé deux méthodes numériques complémentaires. La première est fondée sur une méthode éléments
finis / éléments de frontière (FEA/BEM) qui permet de tenir compte, d'une part de la périodicité de la structure, d'autre part des milieux de propagation dans lesquels la structure rayonne. La deuxième méthode repose sur un développement en ondes planes et permet l'analyse des structures composites avec une approche différente qui est celle des structures à bandes d'arrêt encore appelées cristaux phononiques. Cette deuxième approche nous amène à imaginer des motifs qui
diffèrent des classiques barreaux à section carrée et qui nécessitent d'explorer de nouvelles voies quant à la fabrication des composites. Des techniques de microsablage et d'usinage abrasif par ultrasons ont été testées en collaboration avec l'EPFL et le LCEP respectivement.
La flexibilité de la méthode dite FEA/BEM permet de simuler tous types de réseaux périodiques de transducteurs, en fournissant une analyse fine des phénomènes qui y prennent place et en offrant la capacité d'évaluer les effets de diaphonie entre les éléments du réseau. Cette démarche a été appliquée à une sonde commerciale 1-D, architecture qui constitue encore actuellement le quotidien des ingénieurs de conception, et à une architecture de type membranes
micro-usinées sur silicium, qui constitue une révolution conceptuelle dans le domaine de l'imagerie.

Une modélisation complète de la chaîne de mesure ultrasonore avait été développée dans notre laboratoire mais n'était utilisable que dans le cas de transducteurs dont les caractéristiques de fabrication étaient connues. Une méthode principalement expérimentale de caractérisation acousto-électrique des transducteurs a été réalisée, ce qui à permis l'extension du modèle au cas des transducteurs du commerce. L'étude du rayonnement d'un transducteur a ensuite été abordée par plusieurs méthodes dont la plus classique est celle qui repose sur le calcul de la réponse impulsionnelle. Dans le cas de la prévision du champ en présence d'une interface fluide-solide, et pour permettre des comparaisons, un modèle numérique développé en monochromatique a été étendu au régime impulsionnelle. Par ailleurs, une nouvelle méthode de calcul a été présentée. Elle fait appel à une décomposition du champ en ondes planes impulsionnelles obtenue à partir de transformations de Fourier spatiale et temporelle au niveau de la face avant du transducteur. Le champ total est alors reconstruit à partir de la sommation de toutes les ondes propagées de la source jusqu'au point considéré. L'étape de calcul la plus longue est celle qui consiste à faire la décomposition du champ au niveau de la source. Cette décomposition est effectuée une fois pour toutes pour un transducteur, et peut être utilisée pour reconstruire le champ dans différentes configurations géométriques aussi bien dans un milieu homogène que dans un solide isotrope sous une incidence quelconque. L'analyse des résultats obtenus a permis de nombreuses observations relatives à la précision du calcul et au temps d'exécution des logiciels. De meilleurs résultats ont été obtenus par la méthode de décomposition en ondes planes impulsionnelles par rapport à ceux que nous avons eu à l'aide du modèle précédemment cité, particulièrement pour le calcul du champ loin de l'axe géométrique du transducteur ou quand celui-ci est très de faible dimension.

Dans le cadre de cette thèse de doctorat, la caractérisation des films épais et minces déposés sur un substrat a été réalisée à l'aide de la microscopie acoustique via des algorithmes de résolution de problèmes directs et inverses. La méthode de Strohm est utilisée pour la résolution directe des problèmes, tandis qu'une variété de modèles mathématiques comprenant le modèle de la série de Debye (DSM), le modèle de la ligne de transmission (TLM) et la méthode spectrale utilisant le modèle de la rapport entre les réflexions multiples (MRM) ont été utilisés pour résoudre les problèmes inverses. Une application spécifique de la microscopie acoustique a été utilisée, consistant à monter des transducteurs à ondes planes à haute fréquence (50 MHz et 200 MHz) au lieu d'utiliser les transducteurs à focalisation traditionnels utilisés pour l'imagerie acoustique, ainsi qu'à utiliser le A-Scan à ondes complètes, qui pourrait être étendu à l'analyse en vrac des A-Scan consécutifs. Les modèles ont été validés expérimentalement par un film épais en époxy-résine d'une épaisseur d'environ 100μm et un film mince en vernis d'environ 8μm. Les paramètres caractérisés comprennent des paramètres mécaniques (par exemple la densité et l'épaisseur) ainsi que des paramètres viscoélastiques (par exemple la vitesse longitudinale acoustique et l'atténuation acoustique) et parfois le déphasage du transducteur
In the framework of this PhD thesis, the characterisation of the thick and thin films deposited on asubstrate has been done using acoustic microscopy via direct and inverse problem-solving algorithms.Namely the Strohm’s method is used for direct problem-solving while a variety of mathematical modelsincluding Debye series model (DSM), transmission line model (TLM) and spectral method using ratiobetween multiple reflections model (MRM) have been used to solve inverse-problem. A specificapplication of acoustic microscopy has been used consisting of mounting the plane-wave high frequency(50 MHz and 200MHz) transducers instead of use of the traditional focus transducers used for acousticimaging as well as using full-wave A-scan which could be well extended to bulk analysis of consecutivescans. Models have been validated experimentally by a thick film made of epoxy-resin with thicknessof about 100μm and a thin film made of polish of about 8μm. The characterised parameters includemechanical parameters (e.g. density and thickness) as well as viscoelastic parameters (e.g. acousticlongitudinal velocity and acoustic attenuation) and occasionally transducer phase-shift

Cette thèse traite de plusieurs problèmes de théorie de la diffusion dans la limite semi-classique, c’est à dire des propriétés des fonctions propres généralisées d’un opérateur de Schrödinger à haute fréquence. Les fonctions propres généralisées d’un opérateur de Schrödinger sur l’espace euclidien, pour un potentiel lisse à support compact, peuvent toujours se décomposer comme la somme d’une partie entrante et d’une partie sortante, plus un terme négligeable à l’infini. La matrice de diffusion relie alors la partie entrante et la partie sortante de la fonction propre. Une première partie de ce travail concerne le spectre de la matrice de diffusion. On montre un résultat d’équidistribution des valeurs propres de la matrice de diffusion, sous l’hypothèse sans doute générique que les ensembles de points fixes de certaines applications définies à partir de la dynamique classique sont de mesure de Lebesgue nulle. Ce résultat était connu précédemment, sous l’hypothèse additionnelle que la dynamique classique est sans ensemble capté.Une seconde partie du travail concerne les ondes planes tordues, qui sont une famille particulière de fonctions propres généralisées d’un opérateur de Schrödinger, pouvant s'écrire comme la somme d'une onde plane et d'une partie purement sortante. Nous faisons l’hypothèse que la dynamique classique sous-jacente possède un ensemble capté hyperbolique, et qu’une certaine pression topologique est négative. Sous ces hypothèses, on obtient dans la limite semi-classique une description précise des ondes planes tordues comme une somme convergente d’états lagrangiens. On peut en particulier en déduire la mesure semi-classique associée aux ondes planes tordues. Si la variété est de courbure négative, et que le potentiel est nul, ces états lagrangiens sont associés à des lagrangiennes se projetant sans caustiques sur la variété de base. On peut alors en déduire des résultats sur les normes C^l et les ensembles nodaux des ondes planes tordues. Nous obtenons aussiune borne inférieure sur le nombre de domaine nodaux de la somme de deux ondes planes tordues de directions incidentes proches, pour une petite perturbation générique d’une métrique de courbure négative vérifiant la condition de pression topologique
This thesis deals with several problems of scattering theory in the semi-classical limit, that is to say, with properties of the generalised eigenfunctions of a Schrödinger operator at high frequencies. The generalised eigenfunctions of a Schrödinger operator on the Euclidean space, with a compactly supported smooth potential, may always be written as the sum of an incoming wave and an outgoing wave, plus a term which is negligible at infinity. The scattering matrix relates the incoming part with the outgoing part. The first part of this work deals with the spectrum of the scattering matrix. We show an equidistribution result for the eigenvalues of the scattering matrix, under the hypothesis that the sets of fixed points of some maps defined from the classical dynamics has measure zero. This result was previously known under the additional assumption that the classical dynamics has an empty trapped set.A second part of this work deals with the distorted plane waves, which are a particular family of generalized eigenfunctions of a Schrödinger operator, which can be written as the sum of a plane wave and a purely outgoing part. We make the hypothesis that the underlying classical dynamics has a hyperbolic trapped set, and that a certain topological pressure is negative. Under these assumptions, we obtain in the semiclassical limit a precise description of distorted plane waves as a convergent sum of Lagrangian states. In particular, we can deduce from this the semiclassical measure associated to distorted plane waves. If we furthermore assume that the manifold has non-positive curvature, and that the potential is zero, these Lagrangian states project on the base manifold without caustics. We deduce from this results on the C^l norms and on the nodal sets of distorted plane waves. We also obtain a lower bound on the number of nodal domains of the sum of two distorted plane waves with close enough incoming directions , for a small generic perturbation of a metric of negative curvature satisfying the topological pressure assumption

La propagation des ondes planes heterogenes a frequence complexe est etudiee dans le cadre de l'acoustique lineaire. Leur structure spatio-temporelle modelisee par un vecteur lenteur et une frequence complexes ainsi que leur celerite de l'energie sont examinees comparativement au cas des ondes planes heterogenes harmoniques. Dans les milieux isotropes, la partie reelle du bivecteur lenteur represente alors la direction de propagation de l'energie ; cette direction ne coincidant plus forcement avec la direction de propagation de la phase donnee par la partie reelle du bivecteur d'onde. Le formalisme de l'onde plane heterogene a frequence complexe est applique a l'etude des ondes de lamb. L'analyse des equations caracteristiques de la plaque immergee en termes de frequence complexe, revele des courbes de dispersion, pour les modes propres dits transitoires, relativement differentes de celles de la plaque dans le vide (presence d'une frequence de coupure pour les modes a0 et s0). De plus, contrairement a la vision classique des modes de plaque se propageant en perdant de l'energie par rayonnement dans le fluide, il est montre que les ondes de lamb transitoires ne subissent pas quant a elles, d'attenuation au cours de leur propagation. Enfin, une analyse temporelle de la diffusion d'un faisceau acoustique plan, borne dans le temps, confirme que les phenomenes transitoires sont relatifs a la generation d'ondes de lamb a frequence complexe. Un comportement singulier est observe en ce qui concerne le mode a0, pour lequel le regime transitoire fait apparaitre des exponentielles croissantes en fonction du temps (contrairement a l'ensemble de tous les autres modes). Dans le cas de la diffusion par une plaque d'une onde plane homogene dont le signal est harmonique rectangulaire, ceci se manifeste par l'existence d'un precurseur dans le signal reflechi, qui precede en temps le signal d'excitation. Quelques resultats experimentaux sont proposes

La propulsion solide est aujourd'hui un des principaux modes de propulsion pour les lanceurs et missiles. Les propergols solides sont généralement constitués d'un oxydant, tel que le Perchlorate d'Ammonium (PA), d'un liant en polymère et de particules d'aluminium. La déflagration de ce type d'ingrédients énergétiques dans l'espace confiné de la chambre de combustion d'un MPS peut entraîner l'apparition d'instabilités de combustion destructrice, d'où une forte nécessité d'avancer la recherche sur ces instabilités d'un point de vue numérique. L'objet de la thèse a été de créer, pour le PA, un modèle multiphasique mono-dimensionnel et le solveur numérique associé permettant d'étudier la combustion instationnaire de cet ingrédient. Un modèle prenant en compte la chimie détaillée de la phase gazeuse, l'interface réactive, la propagation d'ondes acoustiques en phase gazeuse et d'ondes élastiques en phase spmide a été mis au point. Le solveur numérique associé a été créé et a permis de simuler l'interaction entre acoustique et combustion pour le PA. Il a été montré que, en fonction des modèles d'interface, la combustion présentait des instabilités notamment caractérisées par des extinctions et ré-allumages de la flamme. La nature de la réponse de cette flamme dépend de la fréquence d'excitation acoustique introduite dans le système. Les ondes entropiques générées en réponde à une onde acoustique incidente à basse fréquence sont responsables de la forte amplitude observée dans le phénomène de couplage entre combustion et acoustique au sein de la flamme de PA
Solid rocket motors stand among the major propulsion systems used to launch civil and military space devices. They feed on solid propellants, which are usually composed of an oxidizing monopropellant, such as ammonium perchlorate (AP), polymeric binder and aluminum particles. Within the confined chamber of rocket motors, propellant combustion can lead to destructive instability phenomenan, hence numerical research is needed to better understand and overcome those issues. The thesis emphasized in creating a multiphase one-dimensional model to study unsteady combustion of AP. The model takes into account detailed gas-phase chemistry, reactive interface, and acoustic and elastic wave propagation. A numerical solver has been created and has been used to simulate combustion-acoustic coupling for AP. Depending on the interface models used, combustion instabilities were observed across successive spontaneous extinctions and ignitions. Flame response depended on incoming wave frequency and entropic waves were responsible for high amplitude of response

On recherche d'abord les solutions à quatre ondes composées de deux ondes planes évanescentes lamellaires incidente et réfléchie dans le fluide et de deux ondes planes évanescentes lamellaire et tourbillonnaire dans le solide. Cas particuliers des ondes d'interface

Dans la première partie on définit une suite infinie d'invariants de Vassiliev du premier ordre pour les nœuds et les nœuds frames du tore plein. On obtient ainsi une suite d'invariants des nœuds legendriens dans la variété des éléments de contact co-orientés du plan (et donc des fronts d'onde dans le plan). Dans la seconde partie on discute la classification des fronts des immersions legendriennes du point de vue de la théorie des singularités : on considère les invariants duaux aux strates qui correspondent aux singularités de co-dimension un des fronts. Tous les invariants locaux et additifs sont déterminés. Dans la troisième partie on établit un isomorphisme entre l'ensemble des courbes arborescentes (courbes planes séparées par chaque point double en deux boucles disjointes) et les arbres planaires pourvus d'une structure supplémentaire. On donne des formules pour calculer les invariants d'Arnold des courbes arborescentes