Détermination des profils de contraintes résiduelles sur les bagues de roulements du secteur aéronautique et spatial par la technique du bruit Barkhausen (comparaison avec les méthodes ultrasonores)

La caractérisation de l'état de contraintes au sein des matériaux est importante dans le secteur aéronautique et spatial, car la résistance à la fatigue des roulements est intimement liée à la répartition des contraintes dans ceux-ci. Le but de notre travail est de présenter et de développer une méthode non destructive basée sur le phénomène du bruit Barkhausen pour identifier les profils de contraintes des zones de contact entre les corps roulants et les pistes de roulement. Nous avons également étudié les techniques ultrasonores afin de vérifier leurs aptitudes à estimer ces mêmes profils, car du point de vue du contrôle non destructif industriel, ces techniques offrent les mêmes potentialités que les méthodes magnétiques. Cette étude montre que la technique du bruit Barkhausen est bien adaptée à la détermination des profils de contraintes résiduelles sur les bagues de roulement et devrait permettre un suivi fiable de celles-ci au cours des étapes de fabrication et de rénovation.The characterization of the stress state in a material is important in the aeronautical and spatial sector, because the fatigue strength is intimately bounded to their internal stress distribution. The purpose of our work is to present and to develop a non destructive testing based on the phenomenon of the Barkhausen noise to identify the stress profiles of the contact zones of the bearing raceways and rolling elements. We also studied the ultrasound techniques to verify their capacities to estimate these same profiles, because from the point of view of the industrial non destructive testing, these techniques offer the same potentialities as the magnetic methods. This study shows that the technique of the Barkhausen noise is well adapted to the determination of residual stress profiles on the rings of bearings and should allow a reliable follow-up of these during the stages of manufacture and renovation.VALENCIENNES-BU Sciences Lettres (596062101) / SudocSudocFranceF

Génération et détection d'ondes élastiques par sources lasers (applications au contrôle non destructif)

Les principaux objectifs de cette thèse ont été de mettre au point le dispositif expérimental "ultrasons-laser", de développer un modèle évolutif et flexible à base d'éléments finis permettant de prédire la propagation des différentes ondes acoustiques générées par laser et d'envisager des applications en contrôle non destructif dans des situations où les méthodes ultrasonores classiques sont difficiles à mettre en œuvre. Sur le plan théorique, les différents régimes de génération photoélastique sont abordés ainsi que les principales méthodes de détection optique des ondes acoustiques. Nous présentons aussi les formalismes paraboliques et hyperboliques de la thermoélasticité et montrons leur influence sur les diagrammes de directivité des ondes élastiques. Sur le plan expérimental, l'interaction onde de Rayleigh-défaut est étudiée, les ondes de Lamb sont utilisées pour la mesure d'épaisseur et les potentialités en CND de l'onde composite "Scholte-latérale" sont mises en évidence.The main objectives of this thesis were to develop the experimental device "laser-ultrasonics", to implement an evolutive and flexible model based on finite elements for the simulation of the propagation of acoustic waves generated by laser and to consider non destructive testing applications in situations where the use of traditional ultrasonic methods is difficult. Theoretically, the various modes of the photoelastic generation were approached as well as the main methods for the optical detection of elastic waves. The parabolic and hyperbolic formalisms of thermoelasticity were presented and we showed their influences on the radiation patterns of ultrasounds. On the experimental level, the interaction of Rayleigh wave with flaws was studied, Lamb waves were used for thickness measurement and the potentialities in NDT of a composite wave called "Scholte-lateral" were highlighted.VALENCIENNES-BU Sciences Lettres (596062101) / SudocSudocFranceF

Contribution à la caractérisation des revêtements par inversion des courbes V (z)

L'objectif de cette étude est de caractériser à l'aide de la méthode V(z) des revêtements en bronze d'aluminium Cu9.5Al1Fe déposés à la torche plasma sur un substrat en acier bas carbone. La courbe V(z) est obtenue à partir du relevé de la tension électrique aux bornes d'un transducteur focalisé en fonction du déplacement (z), perpendiculairement à la surface de l'échantillon analysé. Le traitement d'inversion de la courbe V(z) permet d'obtenir le coefficient de réflexion R( ,f) de l'échantillon. La position des minima de R( ,f) peut être relié aux constantes élastiques ou à l'adhérence du revêtement. Dans le cas d'une couche déposée sur substrat, le calcul R( ,f) s'effectue à partir de la méthode récursive de Thomson-Haskell qui permet d'introduire différents niveaux d'adhérence entre les 2 milieux successifs, grâce à 2 constantes de raideur KL et KT de minimisation égale au carré de la différence entre le coefficient de réflexion mesuré et celui paramétré par les constantes élastiques ou les valeurs de KL et KT , l'optimisation est ensuite réalisée à partir de la méthode du simplexe. Les résultats expérimentaux ont permis de valider la méthode pour la détermination des constantes Cij de ces revêtements. Pour les échantillons présentant un défaut d'adhérence, les valeurs KL et KT trouvées sont de l'ordre de 1013 à 1014 Pa.m-1, alors qu'elles sont supéreures à 1015 Pa.m-1 pour les échantillons sains. Le classement des différents niveaux d'adhérence est comparé à la rugosité de la surface du substrat avant dépôt, et à la charge critique de fissuration à l'interface déterminée par indentation interfacialeThe study aims at characterizing the adhesion of plasma coatings using acoustic microscopy. The samples are Cu9.5Al1Fe aluminium bronze air plasma spray coated low carbon steel plates. The experimental V(z) signal corresponds to the output voltage of the focalised transucer as a function of the distance between the surface of the sample and the focus. The inversion process operated on the V(z) signal gives the reflectance coefficient R( ,f) of the studied sample. The location of the R( ,f) minima is dependant on the elastic constants Cij and on the quality of the adhesion. For coated specimen, R can be evaluated by numerical computation, using the recursive method of Thomson Haskell which considers the continuity of both strains ans stresses. In the model developed by Achenbach it is considered that the lack of interfacial adhesion introduces a displacement gap at the interface tha can be related to the stress fiels correponding to the propagating waves thanks to the stiffness coefficients KL and KT. This leads to defining a deviation function which is a sum of quadratic terms corresponding to the difference between the measured R-coefficient and the simulated one versus the elastic constants or KL and KT. The optimization is performed using the simplex method. The results show that the V(z) metho enables to determine the elastic coefficients of the coating. In the case of samples with different adhesin levels, the values of stiffness constants are between 1013 and 1014 Pa.m-1. In the case of good adhesion levels, the values of stiffness constants are higher than 1015 Pa.m-1. The results obtained by acoustic microscopy are consistent with results obtained by destructive methods such as interfacial indentation and with substrate roughness measurements performed before coatingVALENCIENNES-BU Sciences Lettres (596062101) / SudocSudocFranceF

CONTRIBUTION DE LA MICROSCOPIE ACOUSTIQUE A LA CARACTERISATION DES MATERIAUX (APPLICATION A LA DETERMINATION DES CONSTANTES ELASTIQUES)

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Contribution de l'inversion des réponses V(Z) à la caractérisation élastique des matériaux

L'objectif de cette étude est de déterminer une méthode d'analyse du signal V(z) obtenu expérimentalement sur des échantillons plans (plaque ou substrat). Le dit signal correspond à la sommation sur la surface d'un transducteur focalisé du champ réfléchi par l'échantillon. Ce signal dépend de la distance (z) algébrique entre la focale et le plan de l'échantillon.(...) Ces coefficients contiennent des singularités associées à la présence de modes guidés dans l'échantillon pouvant être reliés aux constantes élastiques. Cela conduit à la définition d'une fonction de minimisation qui est une sommation de termes quadratiques correspondant au carré de la différence entre le coefficient de réflexion mesuré et celui paramétré par les constantes élastiques.La fonction de minimisation définie dans l'espace des constantes présente un minimum à fort gradient autour de la solution.../...VALENCIENNES-BU Sciences Lettres (596062101) / SudocSudocFranceF

Ouverture de l’université sportive d’été

Photo 1 – À la tribune, de gauche à droite, le président Ernest Gibert et Mohamed Ourak, Président de l’Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis. Photo 2 – À la tribune, de gauche à droite, Edwige Avice, Ancien Ministre de la Jeunesse et des Sports ; Alain Braun, animateur ; Jean-François Renault, de l’UJSF, et Alain Loret, Professeur des Universités. Photo 3 – François Alaphilippe, Professeur émérite à l’Université de Limoges. Photo 4 – Une partie de l’auditoire. Au premier plan..

Ultrasonic evaluation of stresses in orthotropic materials using Rayleigh waves

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Spectroscopie de résonance ultrasonore des ondes de surface, application au contrôle non destructif de billes en céramique

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Determination of stresses in aluminium alloy using optical detection of Rayleigh waves

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Contribution à l'étude des intéractions acoustiques dans les antennes compactes basses fréquences

Acoustic projectors assembled in an array experience an interaction effect as a result of the coupling of their individual radiated powers through the acoustic medium. This interaction impacts the performance and service life of the sonar array system. The effect is frequency dependent and difficult to control partly because of a limited understanding of the physical behavior, particulary for low-frequency volumetric arrays. Flextensional transducers have been proposed to populate these arrays. A class IV flextensional transducer is constructed from an elliptic-cylindrical shell and a piezoelectric stack of ceramic plates joined to the shell at the major axis by end-shanks. Its performance is dictated by the flexural motion of the shell that is induced by electrically driving the stack in a longitudinal motion. A modal analysis of the shell permits the flexural motion to be described in terms of a set of normal modes. The concept addressed in this thesis is to characterize the acoustic interaction in terms of modal-mutual radiation phenomenon, the effect on the individual projector, and the influence on array performance. The manuscript begins by reviewing classical transducer and array modeling techniques. The validity of classical methods to address acoustic interactio effects is investigated. A modal analysis approach is then proposed and developed. A lumped-parameter piece-part euivalent circuit of the transducer is posed. The circuit consist of an assembly of a motional branch for the piezoelectric driver and a set of motional branches corresponding to the flexural modes of the shell. A hybrid modeling technique is presented that combines boundary integral methos with the equivalent circuit model to incorporate modal self - and mutual - radiation impedances. The circuit the produces a set of modal participation factors that govern acoustic peroformance. Results of the bybrid model compare well with measured data and to results of fintie element models of small clos-pack arraysLes projecteurs acoustiques assemblés en antenne sont le siège d'un effet d'interaction qui résulte du couplage, par l'intermédiaire du milieu acoustique, des puissances qu'ils rayonnent individuellement. Cette interaction modifie les performances et la durée de vie des antennes sonar. Cet effet, dépendant de la fréquence, est difficile à contrôler, car le comportement physique des antennes, et plus particulièrement des antennes volumiques basse fréquence, n'est pas bien connu. Les transducteurs flextensionnels ou flextenseurs ont été proposés comme des éléments de base de ces antennes. Un flextenseur de classe IV est construit à partir d'une coque elliptique et d'un pilier de céramiques piézoelectriques connecté à la coque suivant le grand axe par l'intermédiaire d'inserts. Son fonctionnement est déterminé par le mouvement de flexion de la coque qui est induit par l'excitation électrique du mouvement longitudinal du pilier. Une analyse modale de la coque permet de décrire le mouvement de flexion sous la forme d'une somme de modes normaux. Le concept étudié dans cette thèse est la caractérisation des interactions acoustiques en terme d'impédances modales mutuelles de rayonnement entre les projecteurs. Cette approche se prête à une interprétation physique du phénomène d'intéraction, de l'effet du projecteur élémentaire et de son influence sur le fonctionnement de l'antenne. Le manuscrit débute en récapitulant les techniques classiques de modélisation de transducteurs et d'antennes. La capacité de ces méthodes à décrire les effets d'interaction acoustique est évaluée. Ensuite, une approche modale est proposée et développée. Un circuit électrique représentant le transducteur élémentaire est défini à partir d'une description par constantes localisées de chaque partie (pilier, coque). Ce circuit équivalent est constitué de l'assemblage d'une branches motionnelle pour le pilier et d'un ensemble de branches motionnelles correspondant au mode de flexion de la coque. Un modèle hybride combinant méthode d'équations et circuit électrique équivalent est développé pour inclure les impédances de rayonnement (self et mutuelles). le modèle obtenu permet de calculer les facteurs de participations modales qui déterminent le comportement acoustique. Pour de petites antennes compactes, les résultats obtenus sont en bon accord avec les prédictions de calculs numériques par éléments finis et les mesuresVALENCIENNES-BU Sciences Lettres (596062101) / SudocSudocFranceF