Дисертації: "Contrôle Santé Intégré (CSI)"

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Kergosien, Nina. "Instrumentation de plaque composite de type aéronautique pour le contrôle santé intégré." Electronic Thesis or Diss., Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2024. http://www.theses.fr/2024ECDL0008.

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Анотація:

Des systèmes CSI sont actuellement à l'étude pour vérifier l'intégrité des matériaux composites des aéronefs. Ils permettent d’optimiser la maintenance, en donnant la possibilité de suivre l’état des structures en temps réel ou de contrôler ponctuellement des pièces difficiles d’accès par les méthodes de CND courantes. Les matériaux composites offrent la possibilité d’intégrer un système CSI directement à cœur du matériau. De cette façon, l’instrumentation est protégée de l’environnement et les problématiques de collage en surface sont résolues. L'objectif de cette thèse est de déterminer les effets de l'intégration de transducteurs ultrasonores piézoélectriques à cœur d'un composite PRFC stratifié de type aéronautique sur leur comportement en émission et en réception afin de montrer les avantages et inconvénients d'une telle intégration à cœur pour le monitoring de ces structures par ondes de Lamb. Les transducteurs PZT minces se sont révélés être les transducteurs les plus adaptés à l'intégration, car ils supportent les conditions d'élaboration d'un composite de structures aéronautiques élaboré en autoclave (7 bar et 180°C) et sont capables d'émettre et de recevoir des ondes guidées se propageant dans les plaques. La méthode d'intégration a été adaptée pour préserver l'intégrité des PZT et optimiser leur capacité d'émission d'ondes dans un composite. A cette occasion, la capacité des mesures d'impédance électromécanique à vérifier rapidement l'efficacité de la mise en œuvre de l'intégration a été validée. La caractérisation du champ d'onde qA0 a été réalisée expérimentalement, grâce aux déplacements hors plan mesurées avec un vibromètre laser suite à l'excitation de disques PZT intégrés à des fréquences comprises entre 30 et 200 kHzLa capacité du PZT intégré à détecter un défaut simulé de type aimant est aussi étudiée en essai d'émission-réception et est comparé avec le comportement de PZT couplés en surface de composite. Une étude par modélisation fréquentielle multiphysique a ensuite été réalisée afin de mettre en évidence les phénomènes physiques mis en jeu par l'intégration d'un PZT à cœur de composite. Ainsi, la direction des plis en contact du PZT intégré, la profondeur d'intégration et le couplage du PZT au composite influent sur le mécanisme de transduction ultrasonore. De plus, les contraintes induites par l'actionneur PZT ne permettent pas d'être simplifiées sous forme d'un modèle de type pin-force habituellement utilisé comme chargement d'un PZT en surface de matériau isotrope. En effet, les contraintes induites localement par l'excitation du PZT intégré ne sont pas radiales et dépendent de l'électrode du PZT considérée ainsi que des fréquences de génération d'ondes
SHM systems are currently being developed to check the integrity of aircraft composite materials. These systems will help optimize maintenance by enabling real-time monitoring of structural condition, or spot-checking of parts that are difficult to access using conventional NDT methods. Composite materials offer the possibility of integrating a SHM system directly into the material. In this way, the instrumentation is protected from the environment and surface bonding issues are resolved. The aim of this thesis is to determine the effects of integrating piezoelectric transducers into the core of an aeronautical laminated CFRP composite on their Lamb-wave emission and reception abilities, in order to demonstrate the advantages and disadvantages for the design of a defect detection SHM system. Thin PZT transducers proved to be the most suitable ones for integration, as they can withstand the processing conditions of an autoclave-processed composite (7 bar and 180°C). They are also capable of transmitting and receiving guided waves, which are propagating in the plates. Moreover, the integration method was adapted to preserve the integrity of the PZTs and to optimize their ability to transmit waves in a composite. In order to assess the effectiveness of the integration, electromechanical impedance measurements were made a fast checking process. Characterization of qA0 mode wavefield transmitted by embedded PZT was carried out experimentally. Surface-bonded and embedded PZT were excited at frequencies between 30 and 200 kHz, while out-of-plane displacements were measured with a laser vibrometer. The ability of the embedded PZT to detect a simulated magnet-type defect are also studied in pitch-catch tests, and compared with the behavior of surface-bonded PZT to the composite surface. A dynamic finite element modelling study was then conducted to highlight the physical phenomena induced by the integration of a PZT in the composite core. The direction of the plies in contact with the embedded PZT, the depth of integration and the coupling of the PZT with the composite are influencing the ultrasonic transduction mechanism. Furthermore, it appears that the stresses induced by the PZT actuator cannot be simplified by the pin-force model usually used to load a PZT on an isotropic material surface in flaw detection models. These stresses are not radially oriented and depend on the PZT electrode considered, as well as on the wave generation frequencies

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SAINTHUILE, Thomas. "Récupération d'Energie Vibratoire pour Systèmes de Contrôle Santé Intégré de Structures Aéronautiques." Phd thesis, Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambresis, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00819117.

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L'objectif de cette thèse est de réaliser un système de Contrôle Santé Intégré des structures aéronautiques (CSI ou SHM) autonome et à double-fonctionnalité. Ce système doit être en mesure d'assurer son autonomie énergétique tout en réalisant les tâches de détection et de localisation des endommagements. Latechnique retenue pour alimenter ce système est basée sur la récupération d'énergie vibratoire par transducteurs piézoélectriques SHM collés. Durant ces travaux, un modèle analytique complet de la chaîne de récupération d'énergie vibratoire a d'abord été créé. Ce modèle, validé par la Méthode des ÉlémentsFinis (MEF), permet d'améliorer le rendement du système en déterminant les dimensions, les locali-sations et le type de matériau piézoélectrique idéals des transducteurs. Ce modèle a ensuite été étendu à une configuration plus représentative des conditions de vibrations d'une structure en vol. Une bonne corrélation entre les résultats provenant du modèle prédictif et les essais sur un banc de mesures a étémise en évidence. Une puissance de 1.67mW a été récupérée et la capacité large bande des transducteurs a été vérifiée. L'application de la récupération d'énergie au contrôle de structures composites en cours d'assemblage sur les lignes de production a également été étudiée. Dans ce cas, un transducteur stratégiquement localisé et alimenté par une source de tension disponible génère des ondes de Lambdans la structure afin de pallier l'absence de vibrations naturelles. Un réseau de transducteurs secondaires disséminés sur cette structure récupère et convertit cette énergie vibratoire en énergie électrique. Une puissance de 7.36 mW a été récoltée et ce système a été en mesure de détecter une chute d'outil sur le composite et d'éclairer de façon autonome une diode électroluminescente (DEL) simulant ici la consommation de la transmission sans fil de l'information.

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Druet, Tom. "Tomographie passive par ondes guidées pour des applications de contrôle santé intégré." Thesis, Valenciennes, 2017. http://www.theses.fr/2017VALE0032/document.

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Ce manuscrit présente une méthode d’imagerie quantitative et sans état de référence, de défauts de corrosion d’une plaque mince, exploitant de manière passive un réseau embarqué de capteurs d’ondes élastiques guidées. Les applications visées sont le contrôle santé intégré (SHM) de structures critiques qui amènent de fortes contraintes à la fois d’intrusivité des capteurs et de fiabilité du diagnostic. Une solution prometteuse, permettant de multiplier la densité de points de mesure sans augmenter l’intrusivité du système, est offerte par les réseaux de Bragg sur fibre optique (FBG). Toutefois, contrairement aux transducteurs piézoélectriques (PZT) classiquement employés en SHM, les FBG ne permettent pas d’émettre d’ondes élastiques. L’idée consiste à utiliser des méthodes dites « passives » permettant de retrouver la fonction de Green entre deux capteurs à partir du bruit ambiant, naturellement présent dans la structure, mesuré simultanément entre ces deux capteurs. Nous étudions dans ce manuscrit deux méthodes passives : la corrélation de bruit et le filtre inverse passif. Nous verrons que ce dernier a plus de potentiel lorsqu’il est couplé à l’imagerie par tomographie. Différents algorithmes de tomographie sont évalués par simulation numérique puis lors d’expériences comparatives actives et passives à l’aide d’un réseau de PZT. Afin de rendre la tomographie passive robuste, nous présentons une méthode clé de détection de temps de vol, basée sur une représentation temps-fréquence. Enfin, nous décrivons une première démonstration expérimentale de mesures passives par FBG qui laisse à penser que la tomographie passive par FBG est prometteuse
This manuscript presents a baseline-free quantitative method for the imaging of corrosion flaws present in thin plates. This method only requires an embedded guided waves sensors network in a fully passive way. The field ofapplications are Structural Health Monitoring (SHM) of critical structures with heavy constrains on both sensors intrusiveness and diagnostic reliability. A promising solution allowing to increase the number of measurement points without increasing the intrusiveness of the system is provided by the Fiber Bragg Gratings (FBGs). However, unlike piezoelectric transducers generally used in SHM, the FBGs cannot emit elastic waves. The idea consists in using passive methods in order to retrieve the Green function from elastic diffuse fields - naturally present in structures - measured simultaneously between two sensors. In this manuscript, two passive methods are studied: the ambient noise correlation and the passive inverse filter. It is shown that the latter gives better results when coupled with tomography. Several tomography algorithms are assessed with numerical simulations and then applied to active and passive datasets measured by a PZT network. In order to make passive tomography robust, a time of flight identification method is proposed, based on a time-frequency representation. Finally, a novel experimental demonstration of passive measurements with FBGs only is presented, suggesting high potential for FBGs passive tomography

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Sainthuile, Thomas. "Récupération d'Energie Vibratoire pour Systèmes de Contrôle Santé Intégré de Structures Aéronautiques." Thesis, Valenciennes, 2012. http://www.theses.fr/2012VALE0036/document.

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L’objectif de cette thèse est de réaliser un système de Contrôle Santé Intégré des structures aéronautiques (CSI ou SHM) autonome et à double-fonctionnalité. Ce système doit être en mesure d’assurer son autonomie énergétique tout en réalisant les tâches de détection et de localisation des endommagements. Latechnique retenue pour alimenter ce système est basée sur la récupération d’énergie vibratoire par transducteurs piézoélectriques SHM collés. Durant ces travaux, un modèle analytique complet de la chaîne de récupération d’énergie vibratoire a d’abord été créé. Ce modèle, validé par la Méthode des ÉlémentsFinis (MEF), permet d’améliorer le rendement du système en déterminant les dimensions, les locali-sations et le type de matériau piézoélectrique idéals des transducteurs. Ce modèle a ensuite été étendu à une configuration plus représentative des conditions de vibrations d’une structure en vol. Une bonne corrélation entre les résultats provenant du modèle prédictif et les essais sur un banc de mesures a étémise en évidence. Une puissance de 1.67mW a été récupérée et la capacité large bande des transducteurs a été vérifiée. L’application de la récupération d’énergie au contrôle de structures composites en cours d’assemblage sur les lignes de production a également été étudiée. Dans ce cas, un transducteur stratégiquement localisé et alimenté par une source de tension disponible génère des ondes de Lambdans la structure afin de pallier l’absence de vibrations naturelles. Un réseau de transducteurs secondaires disséminés sur cette structure récupère et convertit cette énergie vibratoire en énergie électrique. Une puissance de 7.36 mW a été récoltée et ce système a été en mesure de détecter une chute d’outil sur le composite et d’éclairer de façon autonome une diode électroluminescente (DEL) simulant ici la consommation de la transmission sans fil de l’information
The aim of this thesis is to develop a self-powered Structural Health Monitoring (SHM) system for aeronautical applications. This system has to be fully autonomous and has to be able to carry out SHM tasks such as damage detection and location. The energetic autonomy of the system is provided by a vibrational energy harvesting technology using bonded SHM piezoelectric transducers. In this document,an analytical model of the energy harvesting process has been proposed. This model, validated by the Finite Element Method (FEM), allows the optimization of the energy harvesting system by determining the ideal type of transducers as well as their optimal dimensions and locations. Then, this model has been applied to a configuration aiming to be more representative of the in-flight vibrations experienced by a structure. Good agreement has been found between the analytical simulation and the experimental measurements. A power of 1.67mW has been harvested and the wideband capability of the transducers has been verified. Afterwards, the possibility of using the vibrational energy harvesting technology to control composite structures on assembly line has been investigated. For this case study, a transducer strategically located nearby an available power supply generates Lamb waves throughout the structure to tackle the absence of natural vibration. The remaining sensors, spread all over the structure, convertthe mechanical vibrations into electrical power. Using this technology, a power of 7.36mW has been harvested. Finally, this SHM system has also been able to detect a tool drop on the composite structure and to light simultaneously and autonomously a light-emitting diode (LED) simulating the consumption required to transmit the information wirelessly

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Chapuis, Bastien. "Contrôle santé intégré par méthode ultrasonore des réparations composites collées sur des structures métalliques." Paris 7, 2010. http://www.theses.fr/2010PA077122.

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L'objectif de ce travail est de développer un système de contrôle santé intégré (CSI) de patchs composites collés sur des plaques métalliques. Ces patchs sont utilisés dans l'industrie aéronautique pour réparer des zones endommagées par fissuration ou par corrosion. Le système CSI étudié se compose de trois disques minces en céramique piézoélectrique (PZT) intégrés dans la réparation et utilisés pour émettre et détecter des ondes de Lamb se propageant dans la structure. La présence d'un défaut est révélée par l'écho résultant de la diffraction de l'onde incidente sur ce défaut. La modélisation de la propagation des ondes de Lamb permet de choisir le mode le plus approprié à la situation. En particulier, la mise en évidence d'un phénomène de focalisation conduit à privilégier le mode A₀ lorsque le milieu de propagation est très anisotrope. Des essais du système CSI ont permis de mettre au point la stratégie de contrôle. Le choix s'est porté sur des mesures en configuration échographique, pour lesquelles le même disque PZT est utilisé pour émettre et recevoir les ondes de Lamb. Par ailleurs, il apparaît nécessaire de comparer le signal mesuré à un instant donné avec un état dit de référence pour lequel d'autres techniques de contrôle non destructif ont vérifié l'absence de défaut dans la structure. Enfin, nous présentons des essais de résistance mécanique en fatigue de patchs instrumentés afin, d'une part, de vérifier que la présence des disques ne réduit pas les performances de la réparation et, d'autre part, de tester le système CSI dans un environnement plus proche des conditions opérationnelles
This document presents the development of a Structural Health Monitoring (SHM) System for composite patches bonded to aluminum plates. These patches are used in aeronautic industries to repair cracked or corroded structures. The SHM System studied consists in three thin piezoelectric ceramic (PZT) discs embedded in the repair and used to generate and detect Lamb waves propagating in the structure. The defect is revealed by the echo emitted by the diffraction of the incident wave on the defect. The modelling of Lamb waves propagation in anisotropic structures enables to select the mode. In particular, the description of the focusing phenomenon shows that the use of A₀ mode has to be preferred when the anisotropy of the propagating medium is important. To set up the monitoring strategy some experiments have been performed. Pulse-echo measurements, for which the same disc is used to excite and to detect Lamb waves, are used. Moreover, it seems necessary to compare the signal measured in a given state to a baseline signal for which other non destructive techniques have checked the lack of defect in the structure. Finally, some fatigue mechanical résistance tests of a smart repair are presented. These tests have been achieved to verify that the introduction of the discs does not degrade the performances of the repair and to test the SHM System in an environment closer to operational conditions

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El, Rammouz Hala. "Réalisation de matrices de micro-transducteurs acoustiques : application au controle santé intégré." Thesis, Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France, 2021. http://www.theses.fr/2021UPHF0010.

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Les réseaux de micro-transducteurs connaissent un fort développement afin de répondre aux exigences du contrôle santé intégré des structures. Ce dernier permet d'évaluer en tout moment l'état de santé de la structure tout en intégrant un système de contrôle non destructif à celle-ci. En effet, un réseau de micro-transducteurs permet d'acquérir plusieurs signaux en même temps sans effectuer un balayage spatial permettant de caractériser la structure. Parallèlement, l'utilisation des ondes guidées ultrasonores fournit un outil efficace pour la caractérisation de celle-ci. Cependant, elles présentent des caractéristiques complexes qui rend l'analyse de leurs interactions avec des défauts compliquée. Pour cela, il est souhaitable de favoriser la propagation d'un mode unique dans la structure. Dans ce contexte, le but de cette thèse est de présenter un modèle de matrice de micro-transducteurs pour la réception des ondes guidées dans une structure cylindrique, en particulier, le mode de flexion F(1,1). Dans un premier temps, la réalisation et la caractérisation des matrices de micro-transducteurs sont présentées. Les résultats ont montré la capacité de celles-ci à opérer dans la gamme fréquentielle (60 kHz - 70 kHz) malgré sa haute fréquence de résonance. Dans un deuxième temps, les mesures optiques et électriques effectuées sur la matrice ont validé l'utilisation de celle-ci pour des applications dans le CSI et le CND des structures cylindriques tout en favorisant la propagation du mode F(1,1)
Micro-transducers networks are experiencing strong development in order to meet the require- ments of Structural Health Monitoring (SHM). The latter makes it possible to assess at any time the state of health of the structure while integrating a Non-Destructive Evaluation (NDE) system therein. Indeed, a network of micro-transducers makes it possible to acquire several signals at the same time without carrying out a mechanical scanning making it possible to characterise the structure. At the same time, the use of ultrasonic guided waves provides an e_ective tool for the characterisation of structures. However, they have complex characteristics which make the analysis of their interactions with defects complicated. For this, it is desirable to promote the propagation of a single-mode in the structure. In this context, this thesis aims to present a model of a micro- transducers matrix for the reception of guided waves in a cylindrical structure, in particular, the _exural mode F(1,1). First, the realisation and characterisation of the micro-transducer matrices are presented. The results showed their ability to operate in the frequency range (60 kHz - 70 kHz) despite its high resonant frequency. Second, the optical and electrical measurements carried out on the matrix validated its use for applications in the SHM and the NDE of cylindrical structures while generating the F(1,1) mode

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Abou, Leyla Najib. "Contrôle santé intégré passif par corrélation de champ acoustique ambiant : Application aux structures aéronautiques." Valenciennes, 2010. http://ged.univ-valenciennes.fr/nuxeo/site/esupversions/fa3a198c-8d6b-49e7-96ef-883d2c5a09e1.

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Le Contrôle Santé Intégré (CSI) est une technique d’inspection permettant de contrôler l’intégrité d’une structure mécanique d’une façon autonome et permanente au cours de son utilisation. Le travail présenté dans ce manuscrit est consacré à l’étude d’un CSI passif en domaine aéronautique, par corrélation du champ acoustique. En effet, des études récentes ont montré qu’il existe une relation entre la fonction de corrélation d’un champ diffus entre deux points, et la fonction de Green entre ces deux derniers. Le but est d’exploiter les vibrations mécaniques dans un avion pendant la phase de vol. Dans un premier temps, le potentiel de cette méthode est vérifié expérimentalement, et les problèmes et les difficultés dus à quelques imperfections d’application sont soulignés. Dans un deuxième temps, un outil de simulation est développé pour mieux comprendre certains phénomènes acoustiques, et une solution permettant de contourner le problème dû aux imperfections d’application (champ non diffus) est proposée et validée expérimentalement. Enfin, une optimisation de cette solution est faite avec une quantification de l’influence de certains paramètres. Dans ce but une approche théorique statistique est présentée et comparée à des résultats expérimentaux
Structural Health Monitoring (SHM) is an autonomous and permanent technique for checking the integrity of a mechanical structure. The interest of is to inspect the integrity of the structure in near real time, which increases reliability, and avoiding immobilization of the aircraft during the inspection phase, and thus reduce maintenance cost. The work presented here is devoted to the study of a passive SHM in aeronautics using an ambient noise cross correlation. Indeed, recent studies have shown a relationship between the correlation function of a diffuse field between two points, and the Green’s function between them. The aim is to exploit the mechanical vibrations in an aircraft during the flight. In a first step, the potential of this method is verified experimentally, and the problems and difficulties due to some imperfections of application are outlined. In a second step, a simulation tool is developed to better understand certain acoustic phenomena, and a solution to solve the problem caused by the imperfections of the application (non-diffuse field) is proposed and validated experimentally. Finally, an optimization of this solution is made with a quantification of the influence of certain parameters. For this purpose a statistical theoretical approach is made and compared with experimental results

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Hoang, Huu Tinh. "Contrôle santé intégré passif par ondes élastiques guidées de tuyauteries pour applications nucléaires et pétrolières." Thesis, Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France, 2020. http://www.theses.fr/2020UPHF0023.

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Le contrôle santé des structures (plus connu sous l’acronyme SHM pour Structural Health Monitoring) consisteà intégrer des capteurs dans une structure afin de suivre son état de santé en temps réel tout au long de sa vie.Les travaux de recherche menés dans cette thèse avaient pour objectif de développer une nouvelle approchede SHM pour la détection de corrosion/érosion dans les tuyaux. Ce manuscrit présente une nouvelle méthoded’imagerie quantitative, dite tomographie passive par ondes élastiques guidées, basée sur l’utilisation d’un réseauembarqué de capteurs piézoélectriques (PZT) écoutant et analysant uniquement le bruit élastique ambiant générénaturellement par la circulation de fluide dans des tuyaux. Cette technique passive offre de nombreux atouts pourun système SHM comme une diminution de sa consommation énergétique, un système électronique simplifié etla possibilité de réaliser une inspection lorsque la structure est en fonctionnement. La méthode passive permetaussi d’utiliser des nouveaux capteurs de type réseaux de Bragg sur fibre optique (FBG) qui présentent plusieursavantages par rapport aux capteurs classiques PZT (faible intrusivité, possibilité de multiplexage, résistance auxenvironnements sévères, etc.) mais qui ne sont pas capable d’émettre des ondes. Une première démonstration defaisabilité d’imagerie de corrosion/érosion par FBG est illustrée expérimentalement au travers d’une tomographiehybride dans laquelle l’émission d’ondes est réalisée par PZT et la réception par FBG. Toutes ces études offrent desperspectives prometteuses en vue de l’application de la tomographie passive sur des structures industrielles à l’aided’un système purement FBG. Parmi les principaux résultats présentés dans la thèse, nous montrons que les défautsde corrosion/érosion peuvent être caractérisés par tomographie sur un tube droit sans nécessité de recourir à unétat de référence. Cela est faisable à l’aide d’une nouvelle méthode d’auto-calibration des données développée danscette thèse et utilisée pour réaliser l’imagerie par tomographie. L’absence d’un état de référence rend la méthodetrès fiable et limite les fausses alarmes du système. Finalement, des études préliminaires de tomographie sur desstructures plus complexes comme un tube coudé ont été menées et validées numériquement
Structural Health Monitoring (SHM) consists in embedding sensors into a structure in order to monitor its health inreal time throughout its lifetime. The research works carried out in this thesis aimed at developing a new approachof SHM for the detection of corrosion/erosion in pipes. This manuscript presents a new quantitative imaging method,called passive elastic guided wave tomography, based on the use of an embedded network of piezoelectric sensors(PZT) listening and analyzing only the ambient elastic noise which is naturally generated by the fluid circulation inpipes. This passive method offers many advantages for a SHM system, such as reduction of energy consumption,simplified electronics and ability to perform an inspection while the structure is in operation. In addition, thispassive method makes SHM systems possible to use Fiber Bragg Grating sensors (FBG) which have several advantagesover traditional PZT sensors (low intrusivity, resistance to harsh environments, etc.) but which are not able to emitwaves. A first demonstration of the feasibility of corrosion/erosion imaging by FBG is illustrated experimentallythanks to a result obtained by hybrid tomography in which wave emission is performed by PZT and reception byFBG. All these works offer promising perspectives for the application of passive tomography on industrial structuresusing a pure FBG system. Among the various results presented in this thesis, we also show that corrosion/erosiondefects can be characterized by tomography on a straight pipe without the need for a baseline measurement in apristine state. It is feasible by using a new method of auto-calibration of the data used for tomography. The absenceof baseline measurement makes the method very reliable and avoid false alarms of the system. Finally, preliminarystudies on tomography for more complex structures such as a bended pipe have been realized and validated throughsimulations

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Devillers, David. "Étude de faisabilité d'un contrôle santé intégré de plaques composites sandwich utilisant des ondes de Lamb." Paris 7, 2002. http://www.theses.fr/2002PA077070.

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Grésil, Matthieu. "Contribution à l'étude du contrôle de santé intégré associé à une protection électromagnétique pour les matériaux composites." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00763266.

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Par la qualité et la variété de leurs propriétés mécaniques, les matériaux composites sont de plus en plus utilisés notamment dans le domaine naval militaire. En outre, la possibilité d'intégrer des fonctions intelligentes au sein même des matériaux représente à elle seule une avancée importante pour l'utilisation de ces composites. Afin de diminuer les coûts des inspections requises pour déceler l'apparition de défauts internes, il est préférable d'utiliser des matériaux intégrant directement un contrôle de santé. Ainsi, nous avons cherché à définir une méthode d'évaluation non destructive in situ, afin d'offrir une meilleure sécurité opérationnelle des structures à moindre coût. Dans ce travail l'utilisation des ondes de Lamb a été étendue au cas des matériaux anisotrope stratifiés. La propagation et les caractéristiques des modes dispersifs des ondes de Lamb ont été étudiées en relation avec les propriétés mécaniques des structures. La réalisation de plaques instrumentées a permis la détection expérimentale de défauts réalistes grâce à la définition de paramètres d'endommagement. L'emplacement des défauts a été estimé par un traitement de signal basé sur la transformée en ondelette discrète et continue. Enfin, les modes de Lamb fondamentaux ont été modélisés par la méthode des éléments finis à deux dimensions. Concomitamment, un blindage électromagnétique basé sur la conductivité électrique des fibres de carbone a permis d'obtenir une efficacité de blindage performant, adapté au domaine naval militaire. En particulier l'importance qualitative de la continuité électrique entre les différentes plaques composites sur la performance mesurée a été soulignée. Une modélisation générique basée sur la méthode des sources ponctuelles réparties a permis de modéliser la propagation des ondes électromagnétiques dans un matériau composite. L'originalité de cette étude réside dans la démonstration de la faisabilité d'intégrer dans des matériaux composites des deux fonctionnalités indépendantes que sont la protection électromagnétique et un contrôle de santé actif.

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Gresil, Matthieu. "Contribution à l'étude du contrôle de santé intégré associé à une protection électromagnétique pour les matériaux composites." Cachan, Ecole normale supérieure, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00763266.

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Par la qualité et la variété de leurs propriétés mécaniques, les matériaux composites sont de plus en plus utilisés notamment dans le domaine naval militaire. En outre, la possibilité d'intégrer des fonctions intelligentes au sein même des matériaux représente à elle seule une avancée importante pour l'utilisation de ces composites. Afin de diminuer les coûts des inspections requises pour déceler l'apparition de défauts internes, il est préférable d'utiliser des matériaux intégrant directement un contrôle de santé. Ainsi, nous avons cherché à définir une méthode d'évaluation non destructive in situ, afin d'offrir une meilleure sécurité opérationnelle des structures à moindre coût. Dans ce travail l'utilisation des ondes de Lamb a été étendue au cas des matériaux anisotrope stratifiés. La propagation et les caractéristiques des modes dispersifs des ondes de Lamb ont été étudiées en relation avec les propriétés mécaniques des structures. La réalisation de plaques instrumentées a permis la détection expérimentale de défauts réalistes grâce à la définition de paramètres d'endommagement. L'emplacement des défauts a été estimé par un traitement de signal basé sur la transformée en ondelette discrète et continue. Enfin, les modes de Lamb fondamentaux ont été modélisés par la méthode des éléments finis à deux dimensions. Concomitamment, un blindage électromagnétique basé sur la conductivité électrique des fibres de carbone a permis d'obtenir une efficacité de blindage performant, adapté au domaine naval militaire. En particulier l'importance qualitative de la continuité électrique entre les différentes plaques composites sur la performance mesurée a été soulignée. Une modélisation générique basée sur la méthode des sources ponctuelles réparties a permis de modéliser la propagation des ondes électromagnétiques dans un matériau composite. L'originalité de cette étude réside dans la démonstration de la faisabilité d'intégrer dans des matériaux composites des deux fonctionnalités indépendantes que sont la protection électromagnétique et un contrôle de santé actif
The quality and variety of their properties, the composite materials are widely used in naval military. The possibility of integrating smart function in materials represents a significant advance for their uses. To reduce the costs of inspections required, it is preferable to use materials integrating a health monitoring. Thus, we sought to define a nondestructive evaluation method, to provide better security at lower cos structures. The Lamb waves were seen in their work this concept is generalized to the case of anisotropic laminated materials. The characteristics of these dispersive modes have been studied in relation to mechanical properties. Achieving instrumented plates allowed the detection of realistic defects by defining damage parameters. The location of defects was estimated by a signal processing based on discrete and continuous wavelet transform. Finally, the Lamb modes were modeled using the finite element method. In parallel, an electromagnetic shielding based on the electrical conductivity of carbon fibers have allowed us to obtain a high level of shielding effectiveness for the military naval sector. In particular, the importance of electrical continuity between the different plates on the measured performance was developed. A model based on the distributed point source method allowed us to model the propagation of electromagnetic waves. The originality of this study is the integration of two functions in composite materials

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Hourany, Karl. "Contribution à l'exploitation du bruit ambiant pour le contrôle santé intégré passif des barres et des tubes." Thesis, Valenciennes, 2015. http://www.theses.fr/2015VALE0039/document.

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Les travaux présentés dans ce manuscrit sont basés sur des études précédentes réalisées à l’Institut d’Électronique de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN) de l’Université de Valenciennes et du Hainaut Cambrésis (UVHC). Ils concernent le développement d’un système de surveillance embarqué destiné au contrôle des matériaux et des structures utilisés dans différents domaines de transport (fluidique, tubulaire, aéronautique, ferroviaire…). Il s’agit du principe de Contrôle Santé Intégré CSI (ou SHM en anglais pour Structural Health Monitoring). L’idée est d’intégrer des capteurs sur les surfaces des structures à contrôler pour aboutir à un système de contrôle non destructif de ces dernières durant la totalité de leurs fonctionnements. Tout d’abord, les travaux réalisés à l’IEMN dans ce domaine sont illustrés, quelques définitions comme celles des ondes ultrasonores, du Contrôle Non Destructif et du Contrôle Santé Intégré sont rappelées, avant d’aborder l’explication du passage d’un contrôle actif à un contrôle passif. Dans un deuxième temps, un algorithme de comparaison d’images basé sur les minimums locaux présents dans ces images a été proposé et testé sur des images simples de seize pixels, et a permis de tester le degré de ressemblance entre elles. L’explication de l’algorithme développé est divisée en deux grandes parties. Dans la première nous expliquons comment extraire les minimums locaux d’une image. La deuxième partie expose la procédure pour déterminer le taux de ressemblance entre les images. La simulation de la propagation d’un signal dans une plaque réverbérante et l’obtention des images temps-fréquence correspondantes à des corrélations filtrées (autocorrélation) ont été décrites. L’algorithme proposé a été validé sur ces images, permettant ainsi la localisation d’une position inconnue de la source
The works presented in this manuscript are based on previous studies conducted at the Institute of Electronics Microelectronics and Nanotechnology of the University of Valenciennes and Hainaut Cambrésis. They concern the development of an embedded monitoring system for the control of materials and structures used in different transport domains (pipeline, aerospace, railway ...). This is the Structural Health-Monitoring principle. The idea is to integrate sensors into the surfaces of the controlled structures in order to achieve a non-destructive control system for the control of the latter during their entire lifetime. First the work done at the laboratory in this domain, are illustrated, some definitions such as ultrasonic waves, the Non Destructive Testing and the Structural Health Monitoring are recalled, to switch later to the explanation of the passage from an active control to a passive control. In a second step, an images comparison algorithm based on the local minima present in these images has been proposed and tested on simple images of sixteen pixels and was used to test the degree of resemblance between them. The explanation of the developed algorithm is divided into two parts. In the first one, we explain how to extract the local minima of an image. The second part describes the procedure for determining the rate of resemblance between the images. The simulation of the propagation of a signal in a reverberant plate and the obtaining of the frequency time images corresponding to filtered correlation (autocorrelation) has been described. The algorithm was validated on those images allowing the localization of an unknown source position

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Grondel, Sébastien. "Contribution à l’optimisation du contrôle santé intégré par ondes de Lamb : Application à la surveillance de structures aéronautiques." Valenciennes, 2000. https://ged.uphf.fr/nuxeo/site/esupversions/78128995-960f-471e-a183-bca2c37f9aa6.

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Ce travail est consacré à l'étude et à la mise au point d'un système de surveillance embarqué destiné au contrôle santé de structures aéronautiques. Le système choisi pour réaliser ce « contrôle santé intégré » repose, d'une part, sur l'excitation et la réception d'ondes de Lamb le long de la structure, par l'intermédiaire de transducteurs piézoélectriques fonctionnant en émetteur-récepteur et d'autre part, sur la veille permanente de la structure par ces mêmes transducteurs. L'utilisation d'un tel système s'avère cependant complexe et un certain nombre de points techniques doivent être résolus afin d'optimiser ce type de surveillance. En premier lieu, une parfaite connaissance des caractéristiques des ondes de Lamb générées est nécessaire. Dans ce but, différentes techniques de mesures de vitesse sont utilisées et appliquées avec succès sur des exemples variés comme celui d'une aile d'avion. D'autre part, une série d'essais préliminaires est réalisée sur des plaques métalliques rivetées ainsi que sur des parties d'aile d'avion en composite, afin de s'assurer du bon fonctionnement de ce système sur des structures réelles. Ainsi, des défauts de nature différente (fissures de fatigue, endommagements liés a des impacts basses vitesses) sont initiés dans ces structures puis détectés. Enfin, une technique de modélisation hybride (éléments finis - modes normaux) est utilisée dans le but de concevoir des transducteurs mieux adaptés a la génération des modes de Lamb. Les résultats sont ensuite concrétisés sur une plaque composite de symétrie orthotrope.

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Methenni, Hajer. "Modélisation mathématique et méthode numérique pour la simulation du contrôle santé intégré par ultrasons de plaques composites stratifiées." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2021. http://www.theses.fr/2021IPPAE002.

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Ce sujet de thèse s’inscrit dans le contexte du contrôle intégré des structures, ou « Structural Health Monitoring » (SHM). Cette technique de contrôle non-destructif vise à utiliser un ou plusieurs capteurs, installés dans ou sur la structure d’intérêt. Le contrôle se fait in-situ et de façon périodique, afin d’obtenir des informations sur l’éventuelle apparition de défauts, tels que les défauts de corrosion pour les matériaux métalliques ou les défauts de délaminage pour les matériaux composites. Les données recueillies par les capteurs alimentent une analyse statistique dont le but est d’évaluer la santé de la structure au moment du contrôle, d’estimer son temps de vie restant et de faciliter la prise de décision quant à sa maintenance. Le SHM est de plus en plus présent dans de nombreux domaines industriels, en particulier dans le secteur aéronautique. Aussi le développement de modèles numériques pertinents comme performants constitue un atout majeur dans la conception de ces systèmes. Grâce à leur capacité à se propager sur de très grande distance, l’utilisation de capteurs ultrasonores générant des ondes guidées élastiques est une solution attirante. En pratique, des capteurs piézo-électriques fins, disposés à la surface de la structure, ou éventuellement enfouis pendant le procédé de fabrication, sont utilisés. Ils permettent l’émission et la réception des perturbations ultrasonores. Cependant, la nature dispersive des ondes guidées, combinée avec l’anisotropie inhérente aux matériaux composites rend difficile l’analyse des signaux obtenus lors du contrôle. De plus, proposer une modélisation fine de la propagation de ce type d’onde dans des configurations industrielles faisant intervenir des géométries complexes est une tâche difficile. Ces deux points constituent des obstacles non négligeables au développement de la méthodologie SHM, et l’objectif de cette thèse est de constituer l’ensemble des outils numériques qui permettront de proposer des solutions concrètes à ces problèmes
This thesis is embedded in the context of « Structural Health Monitoring ». This method of non-destructive testing aiming at monitoring in-situ an engineered structure is increasingly used in numerous industrial fields, e.g. the aeronautics industry. It is based upon elastic guided waves propagating over large distances. The interactions between incident wave fields and structural defects are gathered through a network of receiving sensors. The dispersive nature of guided waves, combined with the inherent anisotropy of some industrial materials, such as composites, makes the interpretation of the output signals difficult. The goal of this thesis is to provide meaningful numerical tools enhancing the understanding and analysis of propagation and interaction phenomena, appearing during the control experiment. The thesis lies between the physical and mathematical modelling of elastic waves and the construction of relevant numerical schemes, altogether in an innovating industrial context involving complex geometries and materials

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El, Youbi Faysal. "Etude de transducteurs multiéléments pour le contrôle santé intégré par ondes de Lamb et développement du traitement de signal associé." Valenciennes, 2005. http://ged.univ-valenciennes.fr/nuxeo/site/esupversions/42645aa4-651d-459d-b3dd-ce534a2906da.

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Ce travail concerne d'une part, l'étude d'un système de Contrôle Santé Intégré (CSI) basé sur la génération et la réception d'ondes de Lamb par des transducteurs multiéléments, et d'autre part, le développement d'un outil de traitement de signal capable d'identifier les modes de Lamb présents et d'étudier leurs sensibilités à la présence de défauts. Pour accomplir cette tâche, une relation théorique entre la transformée de Fourier à fenêtre glissante (STFT) et la Transformée de Fourier à 2 dimensions (TF2D) a été démontrée. La comparaison des amplitudes obtenues a été rendue possible par l'application de ces deux techniques de traitement de signal. Ceci a permis premièrement, d'améliorer l'identification des modes de Lamb présents et deuxièmement, de constater la présence de modes parasites. Par ailleurs, la Modélisation Eléments Finis (MEF) du système a révélé que les éléments piézoélectriques des transducteurs étaient à l'origine de ces modes parasites. Afin d'éliminer ces parasites, la solution proposée a été de réduire les épaisseurs des éléments. De plus, cette étude a montré que le transducteur en réception pouvait être amélioré en développant un transducteur segmenté. Une fois ce système optimisé, un défaut de type trou a été introduit dans la plaque afin d'étudier la sensibilité des modes à sa présence et à sa taille. Les signaux reçus ont ensuite été traités. Les résultats obtenus ont permis de tester la sensibilité des modes vis-à-vis la taille de ce trou. Ils démontrent donc clairement l'utilité du système développé pour le CSI de structures
This work concerns firstly, the study of an Integrated Health Monitoring System (IHMS) based on the generation and the reception of Lamb waves by multi-element transducers and secondly, the development of a signal processing tool able to identify all present Lamb modes and to study their sensitivities to the presence of defects. To achieve this task, a theoretical relationship between the Short Time Fourier Transform (STFT) and the Two Dimensional Fourier Transform (2D-TF) was demonstrated. The comparison of the amplitudes obtained was made possible by the application of these two signal processing techniques. This allowed firstly, to improve the Lamb modes identification and secondly, to note the presence of parasitic modes. In addition, Finite Elements Modeling (FEM) of the system revealed that the piezoelectric elements composing emitter and receiver transducers were at the origin of these parasitic modes. In order to eliminate these parasites, the solution suggested was to reduce elements thickness. Moreover, this study showed that the transducer in reception could be improved by developing a segmented transducer. Once this system optimized, a hole was introduced in the centre of the plate in order to study the sensitivity of the modes to its presence and its size. The received signals were then treated. The results obtained made possible to test the sensitivity of the modes with respect to the size of this hole. Thus, they show clearly the effectiveness of the system developed for structural health monitoring

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Duquenne, Laurent. "Développement d'une méthode d'estimation de la génération transitoire d'ondes de Lamb : Application à la modélisation d'un système de contrôle santé intégré." Valenciennes, 2003. http://ged.univ-valenciennes.fr/nuxeo/site/esupversions/2807daf5-ac69-4a5c-a2ae-2ab8d5e7fb56.

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Depuis plusieurs années, des recherches sont entreprises pour intégrer un système de contrôle non destructif au cœur des structures avec l'objectif de faciliter des surveillances régulières. Ce système de "contrôle santé intégré" permettrait de détecter les composants demandant des réparations. La technique envisagée est l'utilisation des ondes de Lamb avec des transducteurs piézoélectriques intégrés qui ont la particularité de pouvoir émettre ou réceptionner ces ondes. Néanmoins, la maîtrise de la génération des ondes par ces transducteurs est encore mal assurée. Le but de cette thèse est alors de développer une méthode d'estimation de la génération transitoire d'ondes de Lamb. L'avantage de la méthode hybride éléments finis/développement en mode normaux est le calcul direct de la contribution de chaque mode. En outre, la réception par des transducteurs intégrés a aussi été étudié. Les résultats ont été confrontés avec succès aux résultats expérimentaux obtenus
For several year, research has been undertaken to integrate a nondestructive evaluation system in the structure with the objective to facilitate regular monitoring. This " health monitoring system " would allow the selection of the components requiring repairs. The technique considered is the use of the Lamb waves generated by integrated piezoelectric transducers which are able to emit or to receipt this waves. Nevertheless, the control of the generated waves by these transducers is still a problem. The aim of this work is then to develop a method allowing to estimate the transient generation of Lamb wave. The advantage of the hybrid method finite elements/Normal mode expansion is the direct computation of the contribution of each mode. The assumptions have been checked and the results have been confronted successfully with experimental results

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Lizé, Emmanuel. "Détection d'endommagement sans état de référence et estimation de la température pour le contrôle santé intégré de structures composites par ondes guidées." Thesis, Paris, ENSAM, 2018. http://www.theses.fr/2018ENAM0058/document.

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Ce travail de thèse concerne le contrôle santé intégré (SHM : Structural Health Monitoring) de structures composites aéronautiques par ondes guidées avec des transducteurs piézoélectriques (PZT). La majorité des méthodes de détection classiques reposent sur la comparaison de signaux issus de la structure inspectée à l’état courant avec ceux mesurés dans un état sain (la baseline). La température altère significativement les signaux mesurés et le diagnostic associé si son influence n’est pas prise en compte dans la baseline. D’autre part, l’acquisition de la baseline est très contraignante en vue d’un déploiement des systèmes SHM en condition réelles. La première contribution de cette thèse est l’estimation du champ de température à partir des mesures des PZTs (décalage du spectre fréquentiel et capacité statique), qui permet de compenser l’effet de la température dans la baseline sans ajouter de capteurs dédiés. La seconde contribution concerne les méthodes sans état de référence (baseline free). Les performances de détection de quatre méthodes sont comparées (rupture de réciprocité, variation d’amplitude, analyse des modes de Lamb et baseline instantanée) sur un modèle numérique et des cas expérimentaux d’endommagement à différentes températures sur une plaque de composite fortement anisotrope. Les résultats obtenus démontrent que la décomposition des modes de Lamb dans les signaux mesurés par l’intermédiaire de dual PZTs (PZTs constitués de deux électrodes concentriques – un anneau et un disque – sur leur face supérieure) permet d’améliorer de façon significative les performances de détection de ces méthodes. Un processus de dimensionnement du réseau de dual PZTs est proposé pour le déploiement de ces méthodes sur des structures complexes et prenant en compte la forte anisotropie des matériaux. Ces résultats ouvrent des perspectives prometteuses contribuant potentiellement au transfert des technologies de SHM des laboratoires vers l’industrie
This thesis work concerns the Structural Health Monitoring (SHM) of aeronautical composite structures by guided waves with piezoelectric transducers (PZT). Conventional detection methods are based on the comparison of signals from the inspected structure in the current state with those measured in a healthy state (the baseline). Temperature significantly alters the measured signals and the associated diagnosis if its influence is not considered in the baseline. Also, the acquisition of the baseline is very constraining for the deployment of SHM systems in real conditions. The first contribution of this thesis is the estimation of the temperature field from the PZT measurements (modal frequency shift and static capacity), which allows to compensate the effect of temperature in the baseline without adding dedicated sensors. The second contribution of this thesis concerns baseline free methods. The detection performance of four methods are compared (reciprocity principle, amplitude variation, Lamb mode analysis and instantaneous baseline) on a numerical model and experimental cases of damages at different temperatures on a highly anisotropic composite plate. The results obtained show that the decomposition of Lamb wave modes in signals measured via dual PZTs (PZTs consisting of two concentric electrodes - a ring and a disk - on their upper side) significantly improves the detection performance of these methods. A dimensioning process for the deployment of these methods on complex anisotropic structures is proposed. These results open up promising opportunities that potentially contribute to the transfer of SHM technologies from laboratories to industry

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Krishna, Aditya. "Topological Imaging of Tubular Structures using Ultrasonic guided waves." Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0111.

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Les structures tubulaires sont largement utilisées dans diverses industries telles que l’aérospatiale, le pétrole et le gaz, le nucléaire, etc. Le Contrôle Non Destructive (CND) de ces structures joue un rôle crucial au cours de leur cycle de vie. Afin de tester de grandes structures avec une accessibilité limitée, la méthode de CND utilisant des ondes guidées a été développée comme une solution viable. En raison de la nature de ces ondes, elles sont capables de se propager sur de grandes distances sans perdre une grande partie de leur énergie. Cependant, elles sont complexes puisque leur vitesse dépend de la fréquence, c'est-à-dire qu'elles sont dispersives. Classiquement, l’étude de ce type d’ondes nécessite des simulations par éléments finis coûteuses. Cette thèse propose une alternative à de telles simulations avec une méthode rapide et robuste pour simuler la propagation d'ondes guidées dans des structures tubulaires.Partant de ces calculs, pour localiser des défauts, l'objectif de ce travail est d'obtenir des images topologiques 3D de structures tubulaires isotropes multicouches par propagation de ces ondes guidées ultrasonores. Un modèle mathématique est proposé où l'équation d'onde est convertie en une équation différentielle ordinaire par rapport au rayon «r» en utilisant les transformées de Fourier et de Laplace pour les variables spatiales et temporelles respectivement. La solution en ondes partielles, exprimée comme une combinaison des fonctions de Bessel, permet la création d'un algorithme semi-analytique rapide et robuste pour calculer la fonction de Green de structures tubulaires. Un modèle approché en présence de défauts numériques est ensuite développé. La réponse des défauts est considérée comme la réponse cumulative des sources secondaires, visant à annuler le champ de contraintes incident et diffracté présent en son sein. Ensuite, le modèle numérique est validé par des mesures expérimentales.Enfin, la technique de l'imagerie topologique est introduite. Cette méthode d'imagerie est basée sur la corrélation entre les champs ultrasonores sans et avec défaut. La polyvalence et la flexibilité de l'outil numérique en conjonction avec cette méthode d'imagerie sont ensuite démontrées avec succès en localisant et imageant une multitude de défauts numériques et expérimentaux avec des dimensions aussi faibles que 1/40e de la longueur d'onde
Tubular structures are widely used in a variety of industries such as Aerospace, Oil and Gas, Nuclear, etc. Non Destructive Evaluation (NDE) of these structures plays a crucial role during it’s life cycle. In order to test large structures with limited accessibility, guided wave testing was developed as a viable solution. Due to the nature of these waves, they are able to propagate over large distances without losing much of their energy. However, they are also complex in that their velocity is frequency dependent i.e. they are dispersive. Conventionally, guided wave testing require costly finite element simulations. This thesis offers an alternative to such simulations with a quick and robust method to simulate guided wave propagation in tubular structures.Based on these calculations, the aim of this work is to obtain the 3d topological image of multilayered isotropic tubular structures using ultrasonic guided waves to locate defects. A mathematical model has been proposed where the wave equation is converted to an ordinary differential equation with respect to radius 'r' using the Fourier and Laplace transforms for the spatial and temporal variables respectively. The partial wave solution, expressed as a combination of Bessel’s functions, allows for the creation of a fast robust semi-analytical algorithm to compute the Green function in tubular structures. A model to approximate numerical defects is then developed. The defect response is considered as the cumulative response of secondary sources, aiming to negate the incident and diffracted stress field present within it. Next, the numerical model is validated with experimental measurements.Finally, the technique of Topological Imaging is introduced. This method of imaging is based on the idea of performing a correlation between two wave fields for defect localization. The versatility and flexibility of the numerical tool in conjunction with the method of imaging is then successfully demonstrated by localising and imaging a multitude of numerical and experimental defects with dimensions as low as 1=40th of the wavelength

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Chaouch, Olfa. "Tomographie passive des ondes acoustiques : Prédiction et identification à partir du bruit ambiant." Thesis, Le Mans, 2016. http://www.theses.fr/2016LEMA1035/document.

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Les travaux réalisés se situent dans le cadre de CSI en mode passif. Une méthode d’identification de défauts se basant sur les fonctions d’inter-corrélations a été proposée et a donné naissance à deux critères d’identifications. Le premier est un critère visuel, ce critère est basé sur la superposition des enveloppes des fonctions d’inter-corrélation obtenues par transformée de Hilbert pour deux configurations dont l’une est sans défaut et l’autre est avec défaut. Le deuxième critère est numérique, il s’agit de la moyenne des écarts entre deux enveloppes que l’on appelle CEI. Les performances de ces critères ont été testées premièrement sur une plaque en aluminium en conditions libres, en utilisant une source localisée en espace ayant une intensité non contrôlée. Les résultats de la première expérience ont montré certes la sensibilité de ces critères à l’apparition des défauts, mais également une forte sensibilité aux changements de la position de la source, c’est pour cette raison qu’une deuxième expérience utilisant une source localisée non localisée en espace à été effectuée. Les critères proposés ont d’abords été testé en utilisant un signal sinus mono fréquence comme source, et en utilisant un bruit blanc filtré comme source par la suite. Grâce aux critères proposés, le défaut est certes identifié, néanmoins, il reste à trouver un moyen pour le localiser et pour le caractériser
The work presented is in the domain of SHM. An identification method based on the cross correlations functions between piezoelectric sensors was proposed and gave birth to two criterion of identification. The first is a visual criterion, it is based on the superposition of the envelopes of the cross correlation functions obtained by Hilbert transform for two configurations, the first is a defect free configuration of reference and the other is with defect.The second criterion is numerical; it is the mean of the differences between two envelopes. The performance of these criterions was tested first on an aluminum plate in free edges conditions, using a source located in space; the intensity of this source was not controlled. The results of the first experiment has certainly shown the sensitivity of these criterion to the appearance of defects despite the randomness of the source, but also highly sensitivity to changes in the position of the source was found. In the second experiment a source not localized in space was used, and the plate was in clamped edges conditions. The proposed criterions have been tested using a single frequency sine signal as a source first and using a white noise filtered signal secondly. With the proposed criterion, the defect was certainly identified; however, it remains to find a way to locate and to characterize the defect

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Goutaudier, Dimitri. "Méthode d'identification d'un impact appliqué sur une structure admettant des modes de vibration basse fréquence faiblement amortis et bien séparés." Thesis, Paris, CNAM, 2019. http://www.theses.fr/2019CNAM1225/document.

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La détection d'impacts est une préoccupation majeure pour suivre l'intégrité d'une structure évoluant dans un environnement comportant des risques de collision. Ce travail consiste à développer une méthode d’identification d'impact applicable à une structure composite de grandes dimensions qui soit à la fois robuste, peu coûteuse en temps de calcul, et qui nécessite peu de capteurs. Dans un premier temps, la démarche a été de décrire l'image du point d'impact dans la réponse vibratoire par un vecteur de participations modales. L'idée a ensuite été d'introduire l'hypothèse d'existence d'une famille de modes discriminants permettant d'établir le lien bijectif entre les participations modales et le point d'impact. Une procédure d'estimation de ces participations modales à partir d'un unique point de mesure a été proposée. Dans un second temps, la démarche a été d'étendre la procédure à l'identification d'une loi décrivant les paramètres principaux d'une force d'impact. Des conditions portant sur les paramètres de mesure et les propriétés modales de la structure sont déterminées pour garantir la précision et la robustesse de l'identification. Ce travail a permis de développer une approche en rupture par rapport à l'état de l'art, en ce sens qu'elle ne nécessite, en théorie, qu'un seul point de mesures vibratoires pour identifier un impact. Des essais expérimentaux sur un pavillon d'A350 ont permis de valider cette approche sur une structure composite de grandes dimensions
Many industrial structures operate in an environment with a high risk of collision. The detection of impacts and the assessment of their severity is a major preoccupation in Structural Health Monitoring. This work deals with the development of an impact identification technique that is applicable to a large composite structure, numerically robust and time efficient, and that requires a low number of sensors. The first step was to describe the image of the impact point in the vibration response as a modal participation vector. The idea was to introduce the existence of a discriminating modes familly to make a bijective link between the modal participations and the impact point. A least-squares procedure is developed to estimate those modal participations by measuring the vibration response of a single point on the structure. The second step was to extend the procedure to the identification of a parametric law representing the impact load history. Some conditions on measurement parameters and modal properties of the structure are identified to guarantee both the accuracy and the robustness of the procedure. The approach developed in this work is new regarding the state of the art: only one measurement point is considered for identifying an impact event. An experimental validation on an A350 crown panel indicates that the methodology is valid for large composite structures

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Barnoncel, David. "Etude d'un système de contrôle santé intègré pour structures sandwich composites utilisant des transducteurs piézo-électriques minces." Paris, CNAM, 2006. http://www.theses.fr/2006CNAM0501.

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Cette thèse a pour sujet l'étude et la réalisation d'un Système de Contrôle Santé Intégré (SCSI) pour une structure sandwich : le radôme du rafale. Le but du SCSI est de détecter, localiser et estimer la taille d'endommagements apparus dans la structure en cours de vie. La caractérisation des endommagements se fait à l'aide d'onde de Lamb se propageant dans la structure. Pour obtenir un système intégré à la structure nous utilisons des émetteurs et récepteurs piézo-électriques minces. L'utilisation du mode de flexion à basse fréquence est adaptée à la structure des endommagements. La mise au point des méthodes pour leur caractérisation nécessite la connaissance des ondes de Lamb dans le matériau sandwich (atténuation et vitesse de phase); pour cela nous avons mis au point un banc CND. Il a aussi permis de visualiser l'interaction onde-endommagements. Les méthodes de traitement du signal et l'utilisation des stimulations comme base de comparaison nous ont permis, à partir des signaux du SCSI, d'obtenir une méthode de détection, de localisation et d'estimation de taille pour des endommagements réels
This PhD is a study of a Integrated Health Monitoring System (IHMS) for a sandwich structure : Rafale nose. The goal of the IHMS is to detect, localize and estimate the size of damages appearing during the life. The characterization of the damages is made with Lamb waves that propagate in the structure. In order to have an integrated system we use slim piezo-electric devices. The use of the flexural wave at low frequencies is adapted to the shape of the damages. The method used with the IHMS needs to knowledge of the sandwich Lamb waves with charateristics (dissipation, Phases speed). In order to measure theses characteistics which have build a NDE system. That have also give a visualisation of the interaction of the waves with damages. The use of special signal processing method and a base references made by simulation with the IHMS signal gives a method to detect, localise and estimate the size of a real damage

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Zhou, Huan. "Etude théorique et expérimentale de systèmes à ondes de surface dans des structures multicouches piézomagnétiques pour des applications en contrôle santé intégré de MEMS par imagerie acoustique non linéaire." Phd thesis, Ecole Centrale de Lille, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00991915.

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Les développements récents en physique, et technologiques, ont permis l'élaboration de nouveaux matériaux magnéto-électro-élastique, comme les composites multicouches piézoélectriques / piézomagnétiques. Leur coefficient magnétoélectrique, très grand en comparaison de celui des matériaux constitués d'une seule phase, a suscité récemment un grand nombre de travaux, menant au développement de capteurs, d'actionneurs, de systèmes de conversion d'énergie magnétique-électrique, et dans les mémoires à état solide.Cette thèse porte sur l'étude théorique et expérimentale des ondes acoustiques de surface dans des structures multicouches piézomagnétiques. Une description théorique des matériaux magnéto-élastiques, reposant sur la dérivation d'un modèle de matériau piézomagnétique équivalent, est utilisée conjointement à une technique numérique afin de calculer les courbes de dispersion et les formes des modes des ondes acoustiques se propageant dans des composites piézo-électro-magnétiques déposés sur un substrat. Ce modèle, très général, peut être utilisé pour différents types de structures et pour une intensité et une direction quelconques du champ magnétique externe appliqué. Les structures réalisées en salle blanche sont constituées d'un film mince de 20 couches de TbCo2 (5nm)/FeCo(5nm) déposé sur un substrat de LiNbO3 entre deux peignes interdigités. Une comparaison, entre les variations de la vitesse de phase d'ondes acoustiques de surface induites par l'application d'un champ magnétique externe modélisées et mesurées, est réalisée. Un bon accord quantitatif entre les mesures et les calculs théoriques, et cela pour toutes les orientations du champ magnétique (suivant l'axe facile ou l'axe difficile) et pour différents modes acoustiques, est obtenu. Le mode transverse horizontal présente les plus grandes variations de vitesse, proche de 20% pour un film dont l'épaisseur serait celle de la longueur d'onde acoustique

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Taupin, Laura. "Modélisation des méthodes ultrasonores de surveillance de structures aéronautiques instrumentées en vue de leur optimisation." Phd thesis, Palaiseau, Ecole polytechnique, 2011. https://pastel.hal.science/docs/00/65/35/53/PDF/manuscrit_LTAUPIN.pdf.

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Un contrôle santé intégré (CSI) par ondes élastiques guidées est à l'étude, pour l'inspection des plaques aéronautiques raidies en composite multicouche. Deux outils de simulation sont développés permettant d'en discuter la faisabilité. Le premier prédit la propagation des ondes dans les plaques comme une série modale par la méthode des éléments finis semi-analytiques (SAFE). Le second outil est un calcul hybride prédisant la diffraction des ondes guidées en incidence quelconque sur un raidisseur. La diffraction est calculée localement par éléments finis (EF), la propagation globale par la méthode SAFE. Le lien entre les deux calculs se fait à travers des conditions transparentes aux frontières du domaine EF évitant les réflexions parasites, permettant la projection du champ dans le raidisseur sur les modes de la plaque et minimisant le domaine EF. Les outils sont utilisés dans des cas typiques, les prédictions sont discutées en vue de l'application industrielle du CS
Structural health monitoring (SHM) using elastic guided waves is under study for the inspection of aircraft multilayered composite stiffened plates. Two simulation tools are developed to discuss its feasibility. The first predicts the wave propagation in the plates as a modal series by the semi-analytical finite element method (SAFE). The second tool is a hybrid computing predicting diffraction of guided waves in arbitrary incidence on a composite stiffener. The diffraction is calculated locally by finite element (FE), the global propagation by the SAFE method. The link between the two calculations is done through transparent boundaries of the FE domain avoiding artificial reflections, allowing the projection of the field in the stiffener on the modes of the plate and minimizing the FE computation domain. The tools are used in typical cases, the predictions are discussed in view of the industrial application of SHM

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Taupin, Laura. "Modélisation des méthodes ultrasonores de surveillance de structures aéronautiques instrumentées en vue de leur optimisation." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00653553.

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Un contrôle santé intégré (CSI) par ondes élastiques guidées est à l'étude, pour l'inspection des plaques aéronautiques raidies en composite multicouche. Deux outils de simulation sont développés permettant d'en discuter la faisabilité. Le premier prédit la propagation des ondes dans les plaques comme une série modale par la méthode des éléments finis semi-analytiques (SAFE). Le second outil est un calcul hybride prédisant la diffraction des ondes guidées en incidence quelconque sur un raidisseur. La diffraction est calculée localement par éléments finis (EF), la propagation globale par la méthode SAFE. Le lien entre les deux calculs se fait à travers des conditions transparentes aux frontières du domaine EF évitant les réflexions parasites, permettant la projection du champ dans le raidisseur sur les modes de la plaque et minimisant le domaine EF. Les outils sont utilisés dans des cas typiques, les prédictions sont discutées en vue de l'application industrielle du CSI.

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Nerlikar, Vivek. "Digital Twin in Structural Health Monitoring for Aerospace using Machine Learning." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2023. http://www.theses.fr/2023UPASG080.

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Les systèmes industriels modernes utilisent souvent une combinaison de matériaux tels que les métaux, le béton et les composites, soigneusement optimisés pour obtenir des performances supérieures tout en minimisant les coûts. Les structures sont principalement soumises à des charges dynamiques pendant leur durée de vie. Les problèmes de fabrication et/ou les sollicitations perpétuelles entraînent souvent des changements dans un système qui ont un impact négatif sur ses performances actuelles et/ou futures; ces changements peuvent être définis comme des dommages. L'identification des dommages est un processus crucial qui garantit le bon fonctionnement des équipements ou des structures tout au long de leur cycle de vie. Elle alerte le service de maintenance pour qu'il prenne les mesures nécessaires à la réparation. Le Structural Health Monitoring (SHM) est une technique potentielle d'identification des dommages qui a attiré plus d'attention au cours des dernières décennies. Elle permet de surmonter les inconvénients des méthodes traditionnelles de contrôle non destructif. Dans cette thèse, nous avons utilisé la technique des ondes guidées ultrasoniques (GW) pour le SHM. La sensibilité des ondes guidées aux conditions environnementales et opérationnelles (EOC) modifie les signaux de réponse et peut masquer les signatures de défauts. Il est donc difficile d'isoler les signatures de défauts à l'aide de méthodes telles que la comparaison à une référence, qui consiste à comparer des signaux GW sans dommages avec les acquisitions actuelles. Les méthodes sans état de référence peuvent constituer une alternative, mais elles sont limitées à des géométries simples. En outre, la grande sensibilité des ondes guidées aux variations des EOC et au bruit de mesure constitue un défi pour la modélisation des ondes guidées. Les récentes avancées en matière d'apprentissage automatique ont créé de nouveaux axes de modélisation, notamment la modélisation basée sur les données et la modélisation basée sur la physique, souvent désignée sous le nom d'apprentissage automatique scientifique. La modélisation basée sur les données est extrêmement utile pour modéliser les phénomènes qui ne peuvent être expliqués par la physique, ce qui permet d'isoler les signatures de défauts subtils et de développer des procédures robustes de détection des dommages. Toutefois, les méthodes de ML basées sur la modélisation nécessitent davantage de données pour capturer toutes les informations permettant d'améliorer la capacité de généralisation des modèles ML. Le SHM, quant à lui, tend à générer des données généralement exemptes de dommages, car les épisodes de dommages sont rares. Cette lacune particulière peut être comblée par une modélisation basée sur la physique. Dans cette approche, les capacités de modélisation physique sont combinées avec des données de mesure pour expliquer des phénomènes inexplicables à l'aide de la modélisation physique. L'objectif principal est de développer une méthodologie de détection des défauts dans les panneaux composites. Cette méthodologie est conçue pour surveiller des structures similaires, telles que des pales d'éoliennes ou de turbines à réaction, sans exiger des états sans dommages de toutes les structures, évitant ainsi le besoin de comparaisons directes à un état de référence. Le deuxième objectif est de développer un modèle de ML basé sur la physique pour intégrer des simulations avec des données expérimentales. Le développement de ce modèle implique une modélisation multi-fidélité et métamodélisation. Pour valider ce modèle, nous utilisons un ensemble de données expérimentales et de simulation sur une plaque en aluminium. En outre, le modèle développé est utilisé pour générer des réponses GW réalistes à la taille de l'endommagement et à la position des capteurs. Ces signaux générés sont ensuite utilisés pour calculer une courbe de probabilité de détection (POD), afin d'évaluer la fiabilité d'un système SHM basé sur le GW
Modern engineering systems and structures often utilize a combination of materials such as metals, concrete, and composites, carefully optimized to achieve superior performance in their designated functions while also minimizing overall economic costs. Primarily, engineering structures are subjected to dynamic loads during their operational life. The manufacturing issues and/or the perpetual dynamic operations often lead to some changes into a system that adversely impact its present and/or future performance; these changes can be defined as damage. The identification of damage is a crucial process that ensures the smooth functioning of equipment or structures throughout their life cycle. It alerts the maintenance department to take the necessary measures for repair. Structural Health Monitoring (SHM) is a potential damage identification technique which has attracted more attention in the last few decades. It has the capability to overcome the downsides of traditional Non-Destructive Testing (NDT). In this thesis, we used Ultrasonic Guided Waves (GW) technique for SHM. However, sensitivity of GW to Environmental and Operational Conditions (EOC) modify the response signals to mask defect signatures. This makes it difficult to isolate defect signatures using methods such as baseline comparison, where damage-free GW signals are compared with current acquisitions Baseline-free methods can be an alternative, but they are limited to simple geometries. Moreover, high sensitivity of GW to EOC and measurement noise poses a challenge in modelling GW through physics-based models. The recent advancements in Machine Learning (ML) has created a new modelling axis, including data-driven modelling and physics-based modelling, often referred to as Scientific ML. Data-driven modelling is extremely helpful to model the phenomena that cannot be explained by physics, allowing for the isolation of subtle defect signatures and the development of robust damage detection procedures. However, ML-based methods require more data to capture all the information to enhance the generalization capability of ML models. SHM, on the other hand, tends to generate mostly damage-free data, as damage episodes seldom occur. This particular gap can be filled through physics-based modeling. In this approach, the modeling capabilities of physics-based models are combined with measurement data to explain unexplainable phenomena using ML. The primary objective of this thesis is to develop a data-driven damage detection methodology for identifying defects in composite panels. This methodology is designed for monitoring similar structures, such as wind or jet turbine blades, without requiring pristine (damage-free) states of all structures, thereby avoiding the need for direct baseline comparisons. The second goal is to develop a physics-based ML model for integrating physics-based simulations with experimental data within the context of a Digital Twin. The development of this physics-based ML model involves multi-fidelity modeling and surrogate modeling. To validate this model, we utilize an experimental and simulation dataset of an Aluminium panel. Furthermore, the developed model is employed to generate realistic GW responses at the required damage size and sensor path. These generated signals are then used to compute a Probability of Detection (POD) curve, assessing the reliability of a GW-based SHM system

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Masmoudi, Sahir. "Comportement mécanique et caractérisation par implant piézoélectrique ultrasonore intégré d'un matériau composite." Phd thesis, Université du Maine, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00955508.

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Ce travail de thèse porte sur le contrôle de santé intégré par émission acoustique desmatériaux composites stratifiés et sandwichs. Le capteur d'EA est d'une part implanté dans lamasse du matériau et d'autre part collé à la surface de ce dernier. Une première étude estconsacrée à l'étude de l'influence de l'implant piézoélectrique dans le volume du matériau surle comportement et les caractéristiques mécaniques en statiques, en fatigue cyclique et enfluage sous sollicitations en traction et en flexion. Les signaux d'émission acoustique sontcollectés au cours des essais sur les différents matériaux. Les mécanismes d'endommagementde chaque matériau sont identifiés et caractérisés en utilisant une analyse multiparamétrique(k-moyennes) des signaux collectés. La dynamique de chaque mécanisme est suivie jusqu'à larupture permettant de discriminer les mécanismes les plus critiques conduisant à la rupture dumatériau. Une étude comparative des signaux d'EA entre matériau instrumenté en surface etcelui instrumenté en volume avec insertion d'élément piézoélectrique est également menée.Elle a montré que les matériaux avec capteurs intégrés sont plus sensibles à l'émissionacoustique, améliorant ainsi l'identification des mécanismes d'endommagement et le contrôlede santé intégré des matériaux composites étudiés. Enfin, la dernière partie du travail a étéconsacrée à l'étude de l'influence de l'intégration de plusieurs capteurs dans des structures encomposites stratifiés et sandwichs. L'analyse des résultats expérimentaux et l'observation dessignaux d'EA obtenus dans ces structures soumises à différentes sollicitations ont permis dedéfinir les principaux signatures acoustiques des différents modes d'endommagementprépondérants dans chaque type de structure. La localisation des sources d'endommagement amis en évidence que les événements acoustiques sont apparus loin des positions des capteursintégrés. De point de vue comparaison entre matériau instrumenté et matériau noninstrumenté, l'activité acoustique montre clairement l'avantage de l'intégration del'instrumentation au sein du composite. Cet avantage réside dans le fait de la détectionexpérimentale des modes d'endommagement précoces et leur chronologie d'apparition,faisant ainsi révéler les performances du composite instrumenté vis-à-vis à sa réponse enversl'initiation, la propagation et l'accumulation des défauts microscopiques.

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Hubert, Elisa. "Vibration monitoring of an aeronautic power transmission system." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSES015.

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Cette thèse contient les résultats de travaux de recherche menés à SafranTech et au Laboratoire d’Analyse des Signaux et des Processus Industriels (LASPI) de l’Université de Lyon. Le sujet traité porte sur la surveillance vibratoire des transmissions de puissance aéronautique et plus particulièrement des engrenages. Traditionnellement, les vibrations sont étudiées par analyse spectrale au moyen d’une représentation du spectre de Fourier. Basé sur ces observations, les vibrations des engrenages ont été représentées par un modèle empirique multiplicatif : d’une part le signal d’engrènement, haute fréquence, et de l’autre les signaux de rotations des roues, basses fréquences. En effet, les vibrations d’engrenage présentent un spectre de raies ayant des caractéristiques similaires à celles de certains signaux de communication comme une porteuse modulée en amplitude. Dans le but de faire de la détection précoce de défauts, il est intéressant de pouvoir séparer les signaux basses fréquences du reste du signal car ils sont plus souvent porteurs de l’information de défaut. Partant de ce modèle et de cette constatation, ces travaux étudient la réponse à deux questions:1. A quel point le signal vibratoire produit lors de la rotation d’un engrenage peut-il être expliqué par la représentation sous la forme d’un produit?2. Considérant un signal, est-il possible de le reconstruire en estimant ses composantes? Et la solution est-elle unique?Pour répondre à ces questions, le modèle a été représenté sous la forme d’un problème d’optimisation. D’autre part, un nouvel outil a été défini pour représenter le spectre discret d’un signal vibratoire d’engrenage sous la forme d’une matrice de coefficients de Fourier. Ces travaux ont montré une équivalence entre le produit matriciel de deux vecteurs et la multiplication de deux signaux temporels, et permis de faire le lien entre la séparation du produit de deux signaux (démodulation) et les opérateurs de rang faible.Cette nouvelle approche de séparation et d’estimation des signaux vibratoire d’engrenage a montré des performances théoriques idéales et a permis de détecter de manière précoce les défauts de denture de signaux d’engrenage réels
This thesis contains the results of the research studies performed with SafranTech and the Laboratoire d’Analyse des Signaux et des Processus Industriels (LASPI) of the University of Lyon. The main subject focuses on vibratory surveillance of aeronautic power transmission systems and more specifically gearboxes.Usually, vibrations are investigated with spectral analysis by means of the common representation of the Fourier spectrum. Based on these observations, gearbox vibrations have been represented by an empirical product model: on one hand the meshing signal, with high frequency, and on the other hand the gears rotations signals, with low frequencies.Indeed, gearbox vibrations develop a line spectrum having similar characteristics with some communication signals, as a carrier signal modulated in amplitude. For the purpose of incipient fault detection, it is interesting to be able to separate low frequency signals as they usually convey more fault information. Based on these model and observation, this research work investigate the answer to the two following questions:1. To which point the vibration signals produced by gears rotation can be explained by the representation as a product?2. Given a signal, is it possible to rebuild it by estimating the two components? Is the solution unique?In order to answer those questions, the given model was formulated as an optimization problem. Then a new tool has been defined to represent the discrete spectrum of gearbox vibration signal as a matrix containing the Fourier coefficients. This work has proven equivalence between the two representations of the matrix product of two vectors and the temporal multiplication of two signals. Furthermore, it allowed us to link the remote fields of signal demodulation and low rank approximation.This new separation and estimation approach for gearbox vibration signals has shown theoretical interesting performances, close to the ideal and allowed us to perform efficient incipient fault detection on real gearbox vibration dataset

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Sadoudi, Laïd. "Étude et développement d'une plateforme de communication pour les réseaux de capteurs acoustiques sans fil : application au contrôle-santé des rails par corrélation du bruit ambiant." Thesis, Valenciennes, 2016. http://www.theses.fr/2016VALE0018/document.

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Le Contrôle-Santé Intégré (CSI) réduit les besoins d’inspections humaines grâce à une surveillance automatisée, réduit les coûts de maintenance grâce à la détection précoce des anomalies avant qu’elles ne dégénèrent et améliore la sécurité ainsi que la fiabilité des services. L’objectif de cette thèse est de concevoir une plateforme de communication sans fil pour le CSI des structures ferroviaires. Le principe de contrôle repose sur la reconstruction des réponses impulsionnelles (fonctions de Green) par corrélation de bruit aléatoire se propageant dans le milieu. Durant ces travaux, nous avons éprouvé expérimentalement la relation entre les réponses actives expérimentales et une version post-traitée des fonctions de corrélation de bruit dans un contexte ferroviaire. Ainsi, nous avons démontré l’applicabilité des fonctions de corrélation pour la détection d’un défaut local sur un rail. Ensuite, nous avons réalisé une étude expérimentale comparative sur la caractérisation d’une transmission ZigBee en termes d’atténuation et de portée dans plusieurs environnements. Dans l’environnement ferroviaire sous test, nous avons démontré l’adéquation avec la portée d’une transmission ZigBee mono-saut (dans un rayon de 76m). Une solution de synchronisation des capteurs lors du prélèvement du signal basée sur la norme IEEE 802.15.4 a été proposée et validée par une campagne de mesures. Il a été démontré que cette approche offre une précision de l’ordre de quelques centaines de nanosecondes. Un prototype-plateforme de communication sans fil basé sur la technologie ZigBee/IEEE 802.15.4 a été mis en place et déployé sur un échantillon de rail. Cette solution a permis de valider les performances de cette plateforme, une fois les données récoltées par les transducteurs, ces informations sont transmises par un lien ZigBee vers une station de base où des algorithmes de détection leurs sont appliqués
Structural Health Monitoring (SHM) reduces human inspection requirements through automated monitoring, reduces maintenance costs by early detection of defects before they escalate, and improves safety and reliability of services. The work presented in this thesis aims to design a wireless communication platform for railway structures health monitoring. The control principle is based on the reconstruction of impulse responses (Green’s functions) by correlation of random noise propagated in the medium. In this work, direct comparison between an active emission-reception response and the estimated noise correlation function has confirmed the validity of the equivalence relation between them. Thus, we have demonstrated the applicability of the correlation functions for local defect detection in a rail. Then, we conducted an experimental study on the characterization of a ZigBee transmission in terms of path loss and communication range in multiple environments. In the railway environment under test, we showed the adequacy with the range of a ZigBee single-hop transmission (within a radius of 76m). Furthermore, a flexible solution for sensors synchronization during the sampling process, based on IEEE 802.15.4 standard was proposed and validated by a measurement campaign. It has been demonstrated that this approach provides a precision of a few hundred nanoseconds. A wireless communication-platform prototype based on the ZigBee/IEEE 802.15.4 technology has been implemented and deployed on a rail sample. This solution enabled the validation of the platform performances, once the data collected by the transducers, the information is transmitted by a ZigBee link to a base station where detection algorithms are applied

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Hafidi, Alaoui Hamza. "Imagerie topologique ultrasonore des milieux périodiques." Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0388/document.

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La détection, la localisation et le suivi de l’évolution de défauts dans les milieux périodiques et les guides d’ondes est un enjeu majeur dans le domaine du Contrôle Non Destructif (CND). La propagation d’ondes dans ce genre de milieux est complexe, par exemple lorsque la vitesse dépend de la fréquence (dispersion) ou de la direction de propagation (anisotropie). La signature du défaut peut également être « noyée » dans le champ acoustique renvoyé par la structure (réverbération ou diffusion multiple). C’est pour répondre à ces enjeux de taille que l’Optimisation Topologique (OT) a été adaptée aux problèmes de diffraction des ondes acoustiques par des défauts infinitésimaux afin d’obtenir des images de réflectivité des milieux inspectés. La méthode peut être appliquée à toutes sortes de milieux, quelle que soit leur complexité, à condition d’être capable de simuler correctement (sur un milieu de référence) la propagation des ondes de l’expérience physique. En s’inspirant de l’OT, les travaux de cette thèse proposent de mettre en oeuvre des méthodes d’imagerie qualitatives adaptées aux spécificités des Cristaux Phononiques (CP) et des guides d’ondes. Dans un premier temps, nous nous attachons à la description du formalisme mathématique de l’Optimisation Topologique et de la Full Waveform Inversion (FWI). Bien que ces méthodes ne cherchent pas à résoudre les mêmes problèmes inverses, nous mettons en évidence leurs points communs. Dans un deuxième temps, nous appliquons l’Imagerie Topologique (IT) à l’inspection en réflexion des milieux faiblement hétérogènes. Dans un troisième temps, nous nous inspirons de l’IT pour définir une nouvelle variante de celle-ci nommée Imagerie Topologique Hybride (ITH). Nous appliquons ces méthodes pour l’inspection en réflexion des CP crées par des tiges d’acier immergées dans l’eau. Nous comparons les performances de ces méthodes en fonction du type de défaut dans le CP. Les simulations numériques correspondantes à certains cas d’étude sont appuyées par des essais expérimentaux concluants. Dans un quatrième temps, nous adaptons l’IT à une configuration d’inspection en transmission afin de mette en oeuvre une méthode de Structural Health Monitoring (SHM) des guides d’ondes. A ce propos, nous avons mis au point une nouvelle méthode d’imagerie mieux adaptée que l’IT aux configurations d’inspection en transmission
The detection, localization and monitoring of the evolution of defects in periodic media and waveguides is a major issue in the field of Non-Destructive Testing (NDT). Wave propagation in such media is complex, for example when the velocity depends on the frequency (dispersion) or direction of propagation (anisotropy). The signature of the defect can also be "embedded" in the acoustic field reflected by the structure (reverberation or multiple diffusion). It is to answer these stakes of the size that the Topological Optimization (TO) has been adapted to the problems of diffraction of the acoustic waves by infinitesimal defects in order to obtain reflectivity images of the inspected media. The method can be applied to all kinds of media, regardless of their complexity, provided an exact simulation of the wave propagation in a reference medium (without defects) is performed. Inspired by the TO, the work of this thesis proposes to implement qualitative imaging methods adapted to the specificities of Phononic Crystals (PC) and waveguides. First, we focus on the description of the mathematical formalism of Topological Optimization and Full-Waveform Inversion (FWI). Although these methods do not try to solve the same inverse problems, we highlight their similarities. In a second step, we apply Topological Imaging (TI) to the inspection in pulse-echo configuration of weakly heterogeneous media. Thirdly, we draw inspiration from TI to define a new variant of this method called Hybrid Topological Imaging (HTI).We apply these methods for the pulse-echo configuration inspection of PCs created by steel rods immersed in water.We compare the performance of these methods according to the kind of defects in the PC. Numerical simulations for some case studies are supported by conclusive experimental trials. In a fourth step, we adapt the TI to a pitch-catch configuration in order to implement a new method of Structural Health Monitoring (SHM) of waveguides. In this regard, we have developed a new imaging method that is better suited than TI to pitch-catch configurations

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Cury, Alexandre. "Techniques d'anormalité appliquées à la surveillance de santé structurale." Phd thesis, Université Paris-Est, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00581772.

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Le paradigme de la surveillance de santé structurale repose sur l'introduction d'indicateurs fiables et robustes permettant de détecter, localiser, quantifier et prédire un endommagement de manière précoce. En effet, la détection d'une modification structurale susceptible de devenir critique peut éviter l'occurrence de dysfonctionnements majeurs associés à des conséquences sociales, économiques et environnementales très importantes.Ces dernières années, de nombreuses recherches se fait de l'évaluation dynamique un élément de diagnostic. La plupart des méthodes reposent sur une analyse temporelle ou fréquentielle des signaux pour en extraire une information compressée au travers de quelques caractéristiques modales ou d'indicateurs évolués construits sur ces caractéristiques. Ces indicateurs ont montré leur efficacité, mais le problème de leur sensibilité, de la nécessité de disposer d'un état de référence, et de leur fiabilité en terme de la probabilité de détection et de fausses alarmes, reste entier. De plus, le fait d'utiliser des mesures dynamiques (particulièrement si plusieurs voies de mesures sont considérées) mène au stockage de grands volumes de données.Dans ce contexte, il est important d'employer des techniques permettant d'utiliser autant des données brutes que les propriétés modales de manière pratique et pertinente. Pour cela, des représentations adaptées ont été développées pour améliorer la manipulation et le stockage des données. Ces représentations sont connues sous le nom de og données symboliques fg . Elles permettent de caractériser la variabilité et l'incertitude qui entachent chacune des variables. Le développement de nouvelles méthodes d'analyse adéquates pour traiter ces données est le but de l'Analyse de Données Symboliques (ADS).L'objectif de cette thèse est double : le premier consiste à utiliser différentes méthodes couplées à l'ADS pour détecter un endommagement structural. L'idée est d'appliquer des procédures de classification non supervisée (e.g. divisions hiérarchiques, agglomérations hiérarchiques et nuées dynamiques) et supervisée (e.g., arbres de décision Bayésiens, réseaux de neurones et machines à vecteurs supports) afin de discriminer les différents états de santé d'une structure. Dans le cadre de cette thèse, l'ADS est appliquée aux mesures dynamiques acquises emph{in situ} (accélérations) et aux paramètres modaux identifiés. Le deuxième objectif est la compréhension de l'impact des effets environnementaux, notamment de ceux liés à la variation thermique, sur les paramètres modaux. Pour cela, des techniques de régression des données sont proposées.Afin d'évaluer la pertinence des démarches proposées, des études de sensibilité sont menées sur des exemples numériques et des investigations expérimentales. Il est montré que le couplage de l'ADS aux méthodes de classification de données permet de discriminer des états structuraux avec un taux de réussite élevé. Par ailleurs, la démarche proposée permet de vérifier l'importance d'utiliser des techniques permettant de corriger les propriétés modales identifiées des effets thermiques, afin de produire un processus de détection d'endommagements efficace

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Kulakovskyi, Andrii. "Développement d’un système SHM pour aéronef par ondes élastiques guidées." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLX021/document.

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Un système SHM par ondes guidées a pour but d'évaluer l'intégrité d'une grande variété de structures fines, telles que les fuselages d'avions, les tuyaux, les réservoirs, etc. Un tel système est basé sur un réseau de capteurs piézoélectriques pour l'excitation et la mesure des ondes guidées. Cette méthode de SHM par ondes guidées est prometteuse pour l'inspection de structures de grande taille, ces ondes se propageant sur de grandes distances avec peu d'atténuation, tout en étant sensibles aux défauts surfaciques et subsurfaciques.Cette thèse présente les travaux menés dans le but de développer un système de SHM par ondes guidées capable de détecter, localiser et dimensionner efficacement les défauts dans des structures aéronautiques assimilables à des plaques, en matériaux composites ou en aluminium. Des simulations et des méthodes d'apprentissage sont utilisées pour déterminer les caractéristiques principales des ondes guidées propagées, notamment les vitesses de phase et de groupe ainsi que la fonction de Green 3D. Celles-ci sont ensuite utilisées pour traiter les signaux des ondes guidées afin de produire des images représentant l'intégrité des structures étudiées. Ce travail comprend également une étude approfondie des algorithmes d'imagerie DAS, MV et Excitelet, les plus prometteurs parmi ceux de la littérature, une évaluation de leurs performances par analyse statistique sur une grande base de données de résultats de simulations d'imagerie par ondes guidées et propose une méthode d'imagerie parcimonieuse.Alors que la détection et la localisation des défauts à partir de l'analyse des images est aisée, le dimensionnement du défaut est un problème plus complexe en raison de sa forte dimensionnalité et de sa non-linéarité. Il est démontré que ce problème peut être résolu par des méthodes d'apprentissage automatique sur une grande base de données de résultats de simulations d'imagerie par ondes guidées. Ces méthodes d'imagerie nécessitent cependant une référence, mesurée sur la structure dans un état supposé sain. Elles sont efficaces dans des conditions opérationnelles stationnaires mais sont sensibles aux variations de l'environnement et notamment aux fluctuations de température.Ce travail présente donc l'étude de la robustesse face aux effets thermiques des méthodes d'imagerie par ondes guidées et propose un modèle de détection de défauts capable d'analyser des résultats d'imagerie détériorés. Plusieurs techniques de compensation des effets thermiques sont étudiées et des améliorations sont proposées. Leur efficacité est validée pour les plaques d'aluminium mais des améliorations supplémentaires sont nécessaires pour les étendre aux plaques de composites
A guided wave-based structural health monitoring (SHM) system aims at determining the integrity of a wide variety of plate-like structures, including aircraft fuselages, pipes, tanks etc. It relies on a sparse array of piezoelectric transducers for guided waves (GWs) excitation and sensing. With a number of benefits, these waves are standing out among other methods as a promising method for the inspection of large structures. They can propagate on significant distances with small attenuation while being sensitive to surface and subsurface defects.This thesis presents studies conducted with the purpose of developing such a GWs-based SHM system that is capable of efficient defect detection, localization and sizing aeronautical plate-like structures made of aluminum and composite materials. Simulation and data-driven approaches are presented for determining principal characteristics of propagating GWs, namely modal group and phase velocities, 3D Green's functions etc. in structures of interest. They are then used for GWs signals processing in order to compute images representing the integrity of studied structures. This work also provides a comprehensive overview of DAS, MV and Excitelet defect imaging algorithms, determines their performance using statistical analysis of an extensive dataset of simulated guided waves imaging (GWI) results and proposes a method for sparse defect imaging.While defect detection and localization are straightforward from the image analysis, the defect sizing is a more complex problem due to its high dimensionality and non-linearity. It is demonstrated that this problem can be solved by means of machine learning methods, relying on an extensive database of simulated GWI results. Aforementioned defect imaging methods are baseline demanding. They are efficient under stationary operational conditions but vulnerable to environmental variations, especially to the temperature fluctuation.Finally, this work presents studies on the robustness of GWI methods against thermal effects, and a defect detection model capable of analyzing deteriorated GWI results is proposed. Different techniques for thermal effects compensation are reviewed, and improvements are proposed. Their effectiveness is validated for aluminum plates but further improvements are required to translate these techniques to composite plates

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Hamdi, Seif Eddine. "Contribution au traitement du signal pour le contrôle de santé in situ de structures composites : application au suivi de température et à l’analyse des signaux d’émission acoustique." Thesis, Le Mans, 2012. http://www.theses.fr/2012LEMA1017/document.

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Le contrôle de santé structural ou Structural Health Monitoring (SHM) des matériaux constitue une démarche fondamentale pour la maîtrise de la durabilité et de la fiabilité des structures en service. Au-delà des enjeux industriels et humains qui ne cessent de s’accroître en termes de sécurité et de fiabilité, le contrôle de santé doit faire face à des exigences de plus en plus élaborées. Les nouvelles stratégies de contrôle de santé doivent non seulement détecter et identifier l’endommagement mais aussi quantifier les différents phénomènes qui en sont responsables. Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire d’accéder à une meilleure connaissance des processus d’endommagement. Par ailleurs, ceux-ci surviennent fréquemment sous l’effet de sollicitations mécaniques et environnementales. Ainsi, il est indispensable, d’une part, d’élaborer des méthodes de traitement des signaux permettant d’estimer les effets des conditions environnementales et opérationnelles, dans un contexte de l’analyse des événements précurseurs des mécanismes d’endommagement, et, d’autre part, de définir les descripteurs d’endommagement les plus adaptés à cette analyse. Cette étude propose donc des méthodes de traitement du signal permettant d’atteindre cet objectif, dans un premier temps, pour l’estimation des effets externes sur les ondes multidiffusées dans un contexte de contrôle de santé actif et, dans un second temps, pour l’extraction d’un indicateur d’endommagement à partir de l’analyse des signaux d’émission acoustique dans un contexte de contrôle de santé passif. Dans la première partie de ce travail, quatre méthodes de traitement du signal sont proposées. Celles-ci permettent de prendre en compte les variations des conditions environnementales dans la structure, qui dans le cadre de cette thèse, se sont limitées au cas particulier du changement de la température. En effet, les variations de température ont pour effet de modifier les propriétés mécaniques du matériau et par conséquent la vitesse de propagation des ondes ultrasonores. Ce phénomène entraîne alors une dilatation temporelle des signaux acoustiques qu’il convient d’estimer afin de suivre les variations de température. Quatre estimateurs de coefficients de dilatation sont alors étudiés : Il s’agit de l’intercorrélation à fenêtre glissante, utilisée comme méthode de référence, la méthode du stretching, l’estimateur à variance minimale et la transformée exponentielle. Les deux premières méthodes ont été déjà validées dans la littérature alors que les deux dernières ont été développées spécifiquement dans le cadre de cette étude. Par la suite, une évaluation statistique de la qualité des estimations est menée grâce à des simulations de Monte-Carlo utilisant des signaux de synthèse. Ces signaux sont basés sur un modèle de signal multidiffusé prenant en compte l’influence de la température. Une estimation sommaire de la complexité algorithmique des méthodes de traitement du signal complète également cette phase d’évaluation. Enfin, la validation expérimentale des méthodes d’estimation est réalisée sur deux types de matériaux : Tout d’abord, dans une plaque d’aluminium, milieu homogène dont les caractéristiques sont connues, puis, dans un second temps dans un milieu fortement hétérogène prenant la forme d’une plaque composite en verre/epoxy. Dans ces expériences, les plaques sont soumises à différentes températures dans un environnement thermique contrôlé. Les estimations de température sont alors confrontées à un modèle analytique décrivant le comportement du matériau. La seconde partie de ce travail concerne la caractérisation in situ des mécanismes d’endommagement par émission acoustique dans des matériaux hétérogènes. Les sources d’émission acoustique génèrent des signaux non stationnaires
Structural health monitoring (SHM) of materials is a fundamental measure to master thedurability and the reliability of structures in service. Beyond the industrial and human issuesever increasing in terms of safety and reliability, health monitoring must cope with demandsincreasingly sophisticated. New health monitoring strategies must not only detect and identifydamage but also quantify the various phenomena involved in it. To achieve this objective, itis necessary to reach a better understanding of the damage process. Moreover, they frequentlyoccur as a result of mechanical and environmental stresses. Thus, it is essential, first, to developsignal processing methods for estimating the effects of environmental and operational conditions,in the context of the analysis of precursor events of damage mechanisms, and on theother hand, to define the damage descriptors that are the most suitable to this analysis. Thisstudy proposes signal processing methods to achieve this goal. At first, to the estimation ofexternal effects on the scattered waves in an active health control context, in a second step, tothe extraction of a damage indicator from the signals analysis of acoustic emission in a passivehealth monitoring context.In the first part of this work, four signal processing methods are proposed. These allow takinginto account the variation of environmental conditions in the structure, which in this thesis,were limited to the particular case of temperature change. Indeed, temperature changes have theeffect of altering the mechanical properties of the material and therefore the propagation velocityof ultrasonic waves. This phenomenon then causes a dilation of the acoustic signals that shouldbe estimated in order to monitor changes in temperature. Four estimators of dilation coefficientsare then studied: the intercorrelation sliding window, used as reference method, the stretchingmethod, the minimum variance estimator and the exponential transform. The first two methodshave already been validated in the literature while the latter two were developed specificallyin the context of this study. Thereafter, a statistical evaluation of the quality of estimates isconducted through Monte Carlo simulations using synthetic signals. These signals are basedon a scattered signal model taking into account the influence of temperature. A raw estimateof the computational complexity of signal processing methods also completes this evaluationphase. Finally, the experimental validation of estimation methods is performed on two types ofmaterial: First, in an aluminum plate, homogeneous medium whose characteristics are known,then, in a second step in a highly heterogeneous environment in the form of a compositeglass/epoxy plate. In these experiments, the plates are subjected to different temperatures in acontrolled thermal environment. The temperature estimates are then faced with an analyticalmodel describing the material behavior.The second part of this work concerns in situ characterization of damage mechanisms byacoustic emission in heterogeneous materials. Acoustic emission sources generate non-stationarysignals. The Hilbert-Huang transform is thus proposed for the discrimination of signals representativeof four typical sources of acoustic emission in composites: matrix cracking, debondingfiber/matrix, fiber breakage and delamination. A new time-frequency descriptor is then definedfrom the Hilbert-Huang transform and is introduced into an online classification algorithm. Amethod of unsupervised classification, based on the k-means method, is then used to discriminatethe sources of acoustic emission and the data segmentation quality is evaluated. Thesignals are recorded from blank samples, using piezoelectric sensors stuck to the surface of thematerial and sensitive samples (sensors integrated within the material)

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Lemartinel, Antoine. "Development of self-sensing structural composites parts for wind mill blades monitoring." Thesis, Lorient, 2017. http://www.theses.fr/2017LORIS466.

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La demande croissante d’électricité, notamment renouvelable, entraîne une croissance de l’éolien avec l’utilisation de pales en composite de plus en plus grandes. Pour réduire le cout de maintenance de ces structures composites, le suivi de santé structurel (SHM) au cours du temps permet d’évaluer le comportement de la structure, d’anticiper les dégradations et la maintenance. Dans ce cadre, le développement de capteurs, à base de résine époxy et de nanotubes de carbone, appelés Quantum Resistive Sensor (QRS), est présenté. Les QRS peuvent être attachés à la surface de la structure ou intégrés à cœur durant la séquence de drapage. Durant la polymérisation de la résine, le comportement électrique du QRS traduit l’évolution de la réticulation et de la température dans la structure. Suite au processus de fabrication, l’influence des paramètres extérieurs (température, humidité, vitesse de déformation, coefficient de Poisson…) sur les caractéristiques des QRS a été étudiée. Durant l’utilisation de la structure composite, les QRS ont également permis la détection et la propagation d’endommagements jusqu’à la fracture ultime. Les QRS représentent donc une solution potentielle comme capteurs SHM non intrusifs, permettant un suivi de la structure, de sa fabrication jusqu’à sa dégradation finale
The growing demands for electrical energy, especially renewable, is boosting the development of wind turbines equipped with longer composite blades. To reduce the maintenance cost of such huge composite parts, the structural health monitoring (SHM) is an approach to anticipate and/or follow the structural behaviour along time. To do so, a proper instrumentation is necessary and has to be as less intrusive as possible. To this end, the development of carbon nanotube- epoxy Quantum Resistive Sensor (QRS) is presented. QRS can be as well glued on the surface or embedded in the core of the composite structure during the stacking sequence. During manufacturing, both the temperature and resin crosslinking can be detected with the change in the QRS electrical characteristics. Once the structural part is made, the effect of the external parameters (strain rate, temperature, humidity, Poisson ratio…) on the electrical characteristics of QRS has been studied. During the composite life, the QRS electrical behaviour has also demonstrate its capability to detect the initiation and propagation of damage until final failure. A non-intrusive monitoring with QRS of the structure life cycle, from manufacturing until final breakage is therefore possible

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Serey, Valentin. "Sélectivité modale d'ondes ultrasonores dans des guides d'ondes de section finie à l'aide d'éléments piézoélectriques intégrés pour le SHM." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0403/document.

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Les systèmes SHM (Structural Health Monitoring) basés sur la propagation d’ondes ultrasonores guidées sont utilisés pour des structures de grandes dimensions, par exemple dans les secteurs de l’aéronautique ou du génie civil. Les ondes de Lamb ou SH sont généralement employées car elles se propagent sur de longues distances dans des structures planes tout en sondant l’épaisseur des pièces. Cependant, des modes moins conventionnels se propagent dans les guides d’ondes de section droite finie, tels que les barreaux, les rails ou les tuyaux. Le nombre de modes peut être très élevé dans ce type de guide, et il est important de bien sélectionner un mode particulier.Les méthodes actuelles de sélectivité modale, basées sur l’emploi de plusieurs émetteurs,considèrent habituellement des éléments PZT identiques (même sensibilité, même réponse en fréquence...) et ne prennent pas en compte les conditions réelles de montage et leurs éventuelles imperfections (couplage variable entre traducteurs, mauvais alignement, différence de réponse de l’électronique...). Ce travail présente une méthodologie générale pour la sélectivité modale dans des guides à section droite finie, à l’aide de plusieurs éléments piézoélectriques disposés à leur surface. Cette sélectivité est basée sur la mesure expérimentale préalable, à l’aide d’un vibromètre laser 3D, des amplitudes des modes générés par chaque élément excité individuellement.Une procédure d’optimisation permet d’inverser le problème afin de maximiser l’amplitude du mode désiré, alors obtenue en excitant simultanément tous les émetteurs. Le problème à inverser requiert la connaissance des courbes de dispersion ainsi que des déformées modales des modes,obtenues en utilisant la méthode SAFE 2D. La méthodologie est testée à travers des simulations numériques et des mesures expérimentales sur un barreau d’aluminium de section rectangulaire instrumenté avec huit éléments PZT à sa surface. L’efficacité de la méthode pour générer différents modes purs, mais aussi pour détecter et localiser des défauts calibrés, est démontrée sur le barreau d’aluminium. Son fort potentiel pour des applications de SHM de structures plus complexes est étudié, tels qu’un rail ou un assemblage collé de matériaux composites
SHM systems (Structural Health Monitoring) based on ultrasonic guided waves propagation are used for large structures, e.g. in Aerospace or Civil Engineering. Lamb or SH waves are usually employed as they propagate over long distances in plate-like structures while probing the entire thickness. However less conventional modes propagate in wave guides with finite crosssection,such as bars, rails or pipes. The number of modes can be very high even at low frequencyin this type of guide, and it is important to carefully select a specific mode. Current methods for modal selectivity, based on the use of several emitters, usually consider identical PZT elements(same sensitivity, same frequency response, etc.) and do not account for real experimental conditions and possible differences (variable coupling between transducers, flawed alignment,variable electronic response, etc.). This work presents a global methodology for modal selectivity in waveguides with finite cross-section, using several piezoelectric elements attached to their surface. This selectivity is based on experimental measurements, with a 3D laser vibrometer,of the amplitudes of the modes generated by each emitter. An optimization process allows to inverse the problem in order to maximize the amplitude of the desired mode, then generated by exciting all the emitters at once. This process requires knowing dispersion curves as well as the displacements of the various modes, calculated with SAFE 2D method. The methodology is tested through numerical simulations and experiments on an aluminium rectangular bar instrumented with 8 PZT elements on top. The method efficiency to generate different pure modes,and to detect and locate calibrated defects, is demonstrated for the aluminium bar. Its potential for SHM application of more complex structures is studied, like a rail or an adhesively bonded composite structure

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Zhu, Boyao. "Identification and metamodeling characterization of singularities in composite, highly dispersive media." Electronic Thesis or Diss., Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2024. http://www.theses.fr/2024ECDL0006.

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La surveillance de l'état des structures (SHM) joue un rôle crucial dans de nombreux domaines industriels pour garantir la sécurité, la fiabilité et les performances des structures critiques. Le développement de divers types de capteurs, d'analyseurs de données et de systèmes de communication sans fil permettent de récolter in situ des données attestant de l'état de la structure en temps réel via des modules SHM. Cependant, ces derniers requièrent des bases de données propres à la structure en présence ou pas de défauts de différentes natures et de différents niveaux de gravité. La simulation à base de modèles numériques tels que les modèles éléments finis est souvent utilisée pour construire cette base de données et prédire ainsi les indicateurs de défauts dans les structures. Cette approche est très couteuse lorsque le modèle étudié est complexe, ce qui est souvent le cas comptes tenus de la complexité des structures actuelles.Cette thèse s'inscrit dans ce cadre général. Elle traite du problème de l'obtention efficace de caractéristiques sensibles aux défauts de structures composites complexes. Plus spécifiquement, elle vise à définir et à développer des outils numériques efficaces aidant à la surveillance de structures composites complexes. Dans ce cadre, des approches de réduction de modèle et de métamodélisation basées respectivement sur les méthodes d'éléments finis d'onde (WFE) et de krigeage sont proposées et étudiées. L'objectif principal du présent travail est donc d'évaluer le potentiel de l'utilisation conjointe de la WFE et du krigeage pour prédire efficacement les caractéristiques structurelles et dynamiques de structures composites complexes. Cette efficacité est quantifiée par la précision des prédictions et le coût impliqué. Sur la base des propriétés dynamiques prédites, certains indicateurs (tels que les amplitudes, les fréquences propres et les déphasages) sensibles aux défauts sont définis et exploités pour évaluer l'état de santé des structures considérées. Les études réalisées ont montré que la stratégie proposée, à savoir l'association (WFEM, Krigeage), peut assurer une efficacité intéressante se traduisant par une précision appropriée des prédictions des propriétés structurelles et dynamiques mais en impliquant un coût inférieur à celui des calculs basés sur la méthode WFEM. De plus, la stratégie proposée permet de conserver les mêmes niveaux de sensibilité des propriétés dynamiques aux défauts considérés (fissures et délaminage) avec les niveaux de sévérité associés. La stratégie s'est avérée, par ailleurs, plus efficace lors de l'utilisation du krigeage avec un schéma d'échantillonnage adaptatif et intelligent
Structural health monitoring (SHM) plays a crucial role in many industrial fields to ensure the safety, reliability, and performance of critical structures. The development of various types of sensors, data analysis, and wireless communication systems, enables the collection in situ of data attesting to the real-time state of structures within the framework of SHM modules helping for more accurate and automated decision-making processes. However, the SHM modules require data basis characterizing safe and damaged structures. Simulations based on numerical modelling such as finite element methods, are often used to construct this data basis. However, this approach is very time-consuming especially when the finite element model is complex, which is often the case due to the increasing complexity of structures. This thesis is within this framework. Indeed, it deals with the problem of efficiently obtaining damage-sensitive features of complex composite structures. More specifically, it aims to define and develop efficient numerical tools helping for SHM of complex composite structures. Hence, model reduction and metamodeling approaches based on the Wave-finite element (WFE) and Kriging methods respectively are proposed and investigated. So, the main objective of the present work is to assess the potential of the combination of the WFE and kriging metamodeling to be useful and efficient in predicting the structural and dynamic characteristics of complex composite structures. This efficiency is quantified by the prediction accuracy and the involved cost. Based on the predicted dynamic properties, some damage-sensitive indicators (such as amplitudes, natural frequencies, phase shifts) are defined and exploited to evaluate the health status of the considered structures.Based on the accomplished studies, it is shown that the proposed strategy, namely the Kriging-based WFEM, can ensure an interesting efficiency resulting in a suitable accuracy of predictions of the structural and dynamical properties while involving a smaller cost than the WFEM-based calculations. Moreover, the proposed strategy has kept the same sensitivity levels of dynamic properties to the considered damages (cracks and delamination) with the associated indexes. The strategy proved to be more efficient when using the adaptive sampling scheme with kriging

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Boniface, Antoine. "Détection et évaluation de l'endommagement mécanique du béton par émission acoustique." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0954/document.

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Les problématiques de sureté nucléaire passent par l’évaluation des installations existantes et notamment des enceintes de confinement. L’enceinte est un double sarcophage en béton armé. Elle constitue une barrière protégeant à la fois le réacteur d’une agression extérieure mais aussi protégeant l’extérieur d’une éventuelle fuite en cas d’accident. Le bon fonctionnement de l’enceinte est assuré lorsqu’elle remplit ses fonctions de résistante et d’étanchéité. L’évaluation de ces deux fonctions se fait notamment par le suivi de l’état de fissuration de l’enceinte.La fissuration du béton est associée au développement de micro-fissures qui apparaissent lorsque les contraintes locales du matériau sont dépassées. Il résulte de ces micro-fissurations la libération d'énergie qui se propage dans le matériau sous la forme d'ondes mécaniques. La détection de ses ondes permettra de remonter à leur source et de caractériser l’état d’endommagement du matériau.L’émission acoustique (EA) permet, à l’aide d’un réseau de capteurs piézoélectriques placés sur la surface, d’enregistrer les signaux issus de la libération d’énergie mécanique émise par les microfissures au sein du matériau. L’analyse des temps de vol de ces ondes permet entre autre de localiser les micro-fissurations au sein du matériau. Cette particularité de l’EA est donc parmi les techniques passives d’inspection pour le suivi de l’endommagement et de la fissuration du béton.Cependant, la précision des outils de localisation existants est fortement dépendante des méthodes d’analyse des signaux d’EA enregistrés. Cette dépendance constitue un verrou important qu’il est nécessaire de lever afin d’assurer le suivi spatial de la propagation de fissures le plus fiable possible. Par ailleurs l’identification des mécanismes sources d’EA est un enjeu crucial car il permet de caractériser les différents phénomènes qui interviennent lors de la propagation de fissure.Sur la base d’essais de fissuration et d’endommagement thermique du béton nous avons montré l’effet des stratégies de localisation sur la représentation de l’endommagement. A partir de ces résultats nous avons montré qu’une analyse spatiale basée sur la densité d’événements acoustique et l’énergie libérée permettait de suivre la propagation de l’endommagement thermique mais aussi de la fissuration dans les éprouvettes. Une analyse originale des signaux par inter-corrélation est proposée afin de regrouper les signaux en classes. Enfin les méthodes développées ont été appliquées pendant les essais d’ouverture et de refermeture d’une fissure sur la souflerie de l’Onera ainsi que sur la maquette « Vercors » d’EDF qui représente une enceinte de confinement de centrale nucléaire à l’échelle 1/3
Nuclear safety issues involve the evaluation of existing installations, and in particular of containment systems. The enclosure is a double sarcophagus of reinforced concrete. It constitutes a protective barrier to both the reactor of an external aggression but also an agent of protection of the exterior of a possible leak in case of accident. The correct functioning of the enclosure is ensured in full filling of the functions of resistance and sealing. The evaluation of these two functions in particular for monitoring the state of cracking of the enclosure.The cracking of the concrete is associated with the development of micro-cracks which appear when the local stresses of the material are exceeded. As a result of these micro-cracks, the release of energy is propagated in the material in the form of mechanical waves. This phenomenon is called "acoustic emission".Acoustic emission (EA) is also the name of the technique used to directly measure the manifestation of these micro-cracks. The EA consists of recording, by means of a network of piezoelectric sensors placed on the surface, the ultrasonic waves emitted by the micro-cracks within the material. This particularity of the AE places it at the forefront of inspection techniques for monitoring the damage and cracking of concrete.The accuracy of the existing location tools is highly dependent on the methods of analyzing the recorded EA signals. This dependence constitutes an important lock that must be lifted in order to ensure the spatial follow-up of the most reliable crack propagation possible. Moreover, the identification of the source mechanisms of EA is a crucial stake because it makes it possible to characterize the different phenomena that intervene during the propagation of crack.On the basis of tests of cracking and thermal damage of the concrete we shown the impact of the strategies of localization on the representation of the damage. Based on our results, we proposed a spatial analysis based on the acoustic event density and the released energy allowing to follow the propagation of the thermal damage also of the cracking in the specimens. An original analysis of the signals by cross-correlation is proposed in order to group the signals into classes. Finally, the methods developed were applied during crack opening and referencing trials on the Onera blower and on a 1/3 scale model of a nuclear power plant confinement enclosure called “Vercors”

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Tuloup, Corentin. "Process and structural health monitoring of Polymer-Matrix Composites (PMC) using embedded piezoelectric transducers." Thesis, Compiègne, 2020. https://bibliotheque.utc.fr/Default/doc/SYRACUSE/2020COMP2593.

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Ce travail novateur étudie l'intérêt d'intégrer des transducteurs piézoélectriques (à base céramique et/ou polymère) au sein de matériaux composites à matrice organique (CMO) pour effectuer une surveillance en temps réel et in-situ de leur processus de fabrication (Process Monitoring PM) ainsi que de leur vie en service (Structural Health Monitoring SHM). Pour ce faire, les transducteurs piézoélectriques ont été intégrés au cœur des empilements fibreux suivant une méthodologie innovante développée au sein de l’équipe de recherche « Matériaux et Surfaces » du laboratoire Roberval. Le système de fabrication par infusion de résine liquide (LRI) utilisé (campagne en PM) ainsi que les échantillons résultants testés mécaniquement (campagne en SHM) ont été multi-instrumentés à l'aide de plusieurs dispositifs de Contrôle Non Destructif (CND : Emission Acoustique (EA), Thermographie Infrarouge (TIR), Corrélation d’Images Numériques (CIN), etc.) afin d’établir des couplages multi-physiques entre les signaux des techniques CND externes et la signature interne (capacité électrique) provenant des transducteurs intégrés au cœur de la matière. En PM, la sensibilité des transducteurs piézocéramiques (PZT) aux diverses étapes clés du processus LRI (passage du front, imprégnation, arrêt de l’injection, transitions physico-chimiques de réticulation et taux de consolidation) réalisé à divers taux de durcisseur ainsi que leur aptitude à la détection de défauts de fabrication ont montré un fort potentiel digne d’une future utilisation à l’échelle industrielle. En SHM, après une vérification de la non-intrusivité des transducteurs à base céramique et polymère intégrés au cœur des échantillons de tests mécaniques, les transducteurs polymères ont permis une évaluation en temps réel de l’état triaxial de déformation et de la perte de rigidité subis par le CMO hôte durant son chargement mécanique. En revanche, malgré un seuil de non fonctionnement (NWT) lié à la fragilité de leur matériau constitutif, les transducteurs piézocéramiques ont montré une forte sensibilité à la détection et au suivi de l’endommagement en temps réel dès lors qu’ils sont positionnésintelligemment vis-à-vis de la sollicitation mécanique. Ces travaux de thèse se sont achevés sur une première tentative visant à transposer les connaissances acquises en PM et SHM des transducteurs piézoélectriques in-situ d'une échelle 2D « laboratoire » à une échelle structurelle 3D plus proche des réalités industrielles. La fabrication multi-instrumentée d’une structure CMO de type raidisseur « Omega » intégrant 14 transducteurs piézoélectriques (PZT ou copolymère P(VDF-TrFE)) et renforcée en épaisseur par un fil en carbone a permis de confirmer les aptitudes PM du PZT précédemment mises en évidence, et a montré une différence entre la manière dont les signaux de capacité électrique du PZT et des copolymères réagissent à l'ensemble du processus de fabrication
This innovative work studies the interest of integrating piezoelectric transducers (ceramic and/or polymer-based) within Polymer- Matrix Composite materials (PMC) to perform real-time and in-situ monitoring of their manufacturing process (Process Monitoring PM) as well as their lifespan (Structural Health Monitoring SHM). To do this, the piezoelectric transducers were integrated into the heart of the fibrous stacks using an innovative methodology developed within the "Materials and Surfaces" research team at the Roberval laboratory. The Liquid Resin Infusion (LRI) manufacturing system used (PM campaign), as well as the resulting samples tested mechanically (SHM campaign), were multi-instrumented using several Non-Destructive Testing devices (NDT: Acoustic Emission (AE), Infrared Thermography (IRT), Digital Image Correlation (DIC), etc.) in order to establish multi-physical couplings between the signals of external NDT techniques and the internal signature (electrical capacitance) coming from the transducers integrated into the heart of the material. In PM, the piezoceramic (PZT) transducers were found to be sensitive to the various key steps of the LRI process (flow front passing, impregnation, end of injection, chemo-physical transitions during curing and associated consolidation rates) achieved at different hardener rates, and able to detect manufacturing defects. These results showed great potential, worthy of future use on an industrial scale. In SHM, after verification of the non-intrusiveness of the ceramic and polymer-based transducers integrated into the heart of the mechanical test specimens, the polymer transducers allowed a real-time evaluation of the triaxial strain state and the rigidity loss experienced by the host PMC during its mechanical loading. However, despite a Non-Working Threshold (NWT) linked to the brittleness of their constitutive material, the piezoceramic transducers have shown a high sensitivity to the detection and monitoring of damage in real-time when they are positioned intelligently with respect to the mechanical stress. These thesis works ended with a first attempt aimed at transposing the knowledge acquired on PM and SHM of in-situ piezoelectric transducers from a 2D “laboratory” scale to a 3D structural one closer to industrial realities. The multi-instrumented manufacturing of an “Omega” stiffener PMC structure integrating 14 piezoelectric transducers (PZT and P(VDF-TrFE) copolymer) and reinforced through-the-thickness by a carbon tuft thread allowed confirming the previously evidenced PM abilities of the PZT, and showed a difference between how the electrical capacitance signals of PZT and copolymers react to the whole manufacturing process

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Sharma, Sanjay. "Performance Demonstration of Guided Waves based Structural Health Monitoring system for Aerospace Application." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2022. http://www.theses.fr/2022UPASG073.

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Les ondes élastiques guidées émises et reçues par des transducteurs piézoélectriques minces sont reconnues comme une technologie prometteuse pour plusieurs applications de surveillance de l'état de santé des structures (ou Structural Health Monitoring - SHM), en particulier pour les composants aérospatiaux. La démonstration des performances de ces systèmes, souvent exprimées en termes de courbe de probabilité de détection (POD), est un élément clé du déploiement réussi de cette technologie dans l'industrie. La détermination expérimentale de la courbe POD nécessite de nombreux échantillons instrumentés, ce qui rend son coût prohibitif. Une approche basée sur la simulation, ou assistée par un modèle, est une alternative intéressante. Cependant, la simulation de systèmes SHM basés sur les ondes guidées et la détermination de la courbe POD de tels systèmes sont jusqu'à présent limitées en raison d'un manque de méthodologie spécifique, de procédures, de méthodes statistiques appropriées et de validation. Cette thèse propose une méthodologie générale pour une approche POD assistée par la simulation de système SHM par ondes guidées, avec une démonstration sur la surveillance d'une fissure croissante à partir d'un trou dans une plaque d'aluminium. La méthodologie tire parti de l'outil de simulation par éléments finis spectraux transitoires dans le domaine temporel développé au CEA-List (module CIVA SHM) qui permet d'exécuter les grandes campagnes de simulation nécessaires pour déterminer une courbe POD. Un nouveau modèle d'actionneur hybride a été proposé dans ce travail en considérant le comportement dépendant de la fréquence du transducteur et la contrainte normale en plus de la contrainte radiale comme charges surfaciques afin de permettre l’utilisation de la simulation sur une plus grande gamme de fréquences d'excitation, adaptées à l'application visée. Deux méthodes récentes et appropriées d’un point de vue statistique : la « longueur à la détection » et « random effects », ont ensuite été adaptées pour estimer et comparer la courbe POD à partir des ensembles de données expérimentales et simulées. L'approche bayésienne s'est avérée plus utile que l'estimation du maximum de vraisemblance pour l'estimation des paramètres du modèle de la méthode random effects afin de comparer la limite d'incertitude pour chaque paramètre du modèle à partir des ensembles de données expérimentales et simulées. Enfin, une étude de détermination de la taille de l'échantillon a été menée sur la base de la méthode random effects afin d'identifier le nombre d'échantillons nécessaires pour répondre aux exigences d'une application SHM particulière. Tous ces résultats montrent une grande confiance dans l'approche assistée par la simulation pour l’estimation de la POD et confirment le potentiel de cette solution en tant qu'outil compatible avec les exigences industrielles pour la démonstration des performances des systèmes SHM basés sur les ondes guidées
Guided elastic waves emitted and received by thin piezoelectric transducers are recognized as a promising technology for several applications of Structural Health Monitoring, especially of aerospace components. Demonstration of the performances of such systems, often expressed in terms of Probability Of Detection (POD) curve, is a key enabler of the successful deployment of the technology in industry. POD curve experimental determination requires many instrumented samples making its cost prohibitive. A simulation-based approach, or model-assisted, is an attractive alternative. However, simulation in guided waves-based SHM and POD determination of such systems are so far limited due to a lack of specific methodology, procedures, appropriate statistical methods, and validation. This thesis proposes a general methodology for a model-assisted POD approach of guided waves based SHM, with a demonstration on monitoring of a growing crack from a hole in an aluminum plate. The methodology benefits from the efficient time domain transient spectral finite element simulation tool developed at CEA-List (CIVA SHM module) that allows to run the large simulation campaigns required to determine a POD curve. A new hybrid actuator model has been proposed in this work by considering the transducer frequency dependent behaviour and normal stress in addition to radial stress as a surface loads to enable the use of simulation on a higher range of excitation frequencies, suitable for the targeted application. Two recent suitable statistical methods: length-at-detection and random effects, have then been adapted to estimate and to compare the POD curve from both experimental and simulated datasets. The Bayesian approach is found to be more useful in model parameter estimation of random effects method for comparing the uncertainty bound for each model parameter from experimental and simulated datasets than Maximum Likelihood Estimation. Finally, a sample size determination study has been conducted based on the random effects method to identify how many samples are required to achieve the requirement of a particular SHM application. All these results show great confidence in the model-assisted approach to POD estimation methodology and confirm the potential of this solution as a cost-effective tool for performance demonstration of guided waves-based SHM systems

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Chehami, Lynda. "Surveillance passive des milieux réverbérants par corrélation de bruit ambiant : application à la localisation de défauts." Thesis, Valenciennes, 2015. http://www.theses.fr/2015VALE0035/document.

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La reconstruction passive des fonctions de Green par corrélation de bruit ambiant suscite aujourd’hui un grand intérêt en contrôle santé intégré (CSI). Dans ce manuscrit, nous proposons une méthode originale reposant sur l’application de cette approche pour détecter et localiser des défauts (fissures, trous, rainures) dans des plaques minces réverbérantes avec un faible nombre de capteurs. Les ondes de flexion qui se propagent sur la plaque sont engendrées soit par un ensemble de sources aléatoirement réparties sur la surface ou un bruit ambiant. Un réseau de capteurs sensibles au déplacement normal permet d’estimer la matrice de corrélations inter-éléments avant et après l’apparition d’un défaut. Un critère d’évaluation de la qualité des corrélations est proposé sous forme d’un niveau de bruit relatif entre les résidus de reconstruction et les fonctions de Green. La matrice différentielle de corrélations avant et après défaut est utilisée pour l’imagerie de défaut. En dépit de la reconstruction imparfaite des réponses impulsionnelles, la technique proposée s’avère comparable aux méthodes actives avec une excellente résolution. On a proposé ensuite une extension de la méthode passive par corrélation de champs pour l’identification des zones de bruit. Un filtrage basé sur la technique de décomposition en valeurs singulières (DORT) est tout particulièrement utilisé pour améliorer les images de localisation. Des sources acoustiques secondaires ont été développées pour la translation du bruit ambiant basses fréquences en composantes hautes fréquences, utilisées pour localiser des défauts dans des plaques. Enfin, on a montré que ce type de méthode pourrait être également utilisé pour caractériser un défaut dans une structure réverbérante, en particulier, il a été souligné que l’intensité des images de localisation obtenues est liée à la section de diffusion de celui-ci
Green’s functions retrieval from ambient noise correlation has recently drawn a new interest in structural health monitoring. In this manuscript, we propose an original method based on this approach to detect and locate defects (cracks, holes, grooves) in a reverberant thin plate with a limited number of sensors. Flexural waves that propagate on the plate are generated by either a set of sources distributed randomly on the surface or an ambient noise. Covariance matrices are estimated from the sparse array after damage and compared to baseline-correlation matrix recorded from the healthy plate. An evaluation criterion has developed in the form of relative noise level to predict the quality of the GF reconstruction. The differential correlation matrix w/o defect is used to localize the defect. We have shown numerically and experimentally that this technique is exploitable for defect detection and localization, despite a non-perfect estimation of the GF. We have also proposed a passive technique to identify the regions of noise. A filtering technique based on the singular value decomposition is shown to improve the detection. A secondary acoustic sources have been developped to harvesting the LF ambient noise to HF field, used to localize defects in platelike structures. Finally, it was shown that such method could also be used to characterize a defect in a reverberant structure, in particular, it has been drawn that the obtained images intensity is related to the defect cross-section

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