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Apport des méthodes vibro-acoustiques non-linéaires pour la détection et la localisation d’endommagements dans des structures aéronautiques

ABG-105425 Thesis topic
2022-05-09 Public/private mixed funding
Université Paris Saclay, CEA-LIST
Gif sur Yvette - Ile-de-France - France
Apport des méthodes vibro-acoustiques non-linéaires pour la détection et la localisation d’endommagements dans des structures aéronautiques
  • Physics
  • Digital
acoustique, ultrason, non-linéaire, ondes de Lamb, aéronautique

Topic description

: Les composites tendent à remplacer les structures métalliques historiques dans de nombreuses industries, en particulier dans l’aéronautique, car ils permettent un allègement des structures à performances mécaniques équivalentes.

Tout au long de leur vie, ces structures sont soumises à des contraintes liées à leur fonctionnement (vibration du moteur, flux d’air…) ou à des impacts, mettant en péril leur état de santé, en particulier lorsque ces matériaux sont employés dans les zones structurelles d’un aéronef.  Il est donc nécessaire de surveiller ces dernières en continu afin de détecter des défauts précurseurs et de prédire la durée de vie résiduelle de la structure.

Parmi les nombreuses méthodes de contrôle non destructif existantes, les méthodes ultrasonores ont l’avantage de solliciter mécaniquement les défauts, ce qui les rend sensibles à la présence d’endommagement (qui peuvent être des fissures, délaminage, ou décollement). En travaillant dans le domaine de l’acoustique linéaire, seuls des défauts générant une rupture d’impédance acoustique vis-à-vis du milieu environnant peuvent être détectés. Certains défauts cependant sont invisibles aux ultrasons linéaires, comme par exemple les BVID (Barely Visible Impact Damage), défauts d’impact basse énergie générant des réseaux de microfissures qui précèdent l’apparition de délaminage.

Si la littérature consacrée au contrôle par ultrasons non-linéaires est assez fournie, les méthodes à ce jour souffrent de la difficulté de mise en œuvre sur site (encombrement de l’électronique, des capteurs…) et de la sensibilité à d’autres facteurs (couplage, bruit environnant…), ce qui les rend incompatibles avec le contrôle santé intégré de structures aéronautiques.

L’objectif de cette thèse est alors de lever les verrous scientifiques et technologiques afin d’aboutir à un dispositif de mesure embarqué sur une structure composite mince aéronautique exploitant la signature non-linéaire d’un défaut. Une telle signature peut être obtenue par l’interaction d’une onde ultrasonore d’une part, et de la mise en vibration basse fréquence d’autre part, avec des défauts de contact. Le verrou majeur réside dans la faible amplitude de cette signature, que l’on cherchera à extraire du bruit à l’aide d’un algorithme adapté. De plus, des algorithmes de localisation d’endommagements précurseurs seront développés afin de discriminer les non-linéarités attendues de celles liées à un endommagement. Le développement algorithmique sera mis au point à partir d’un modèle numérique de l’interaction non-linéaire qui devra être développé afin de mieux appréhender les phénomènes physiques et d’aider au dimensionnement du dispositif expérimental.

La méthode sera mise en œuvre sur des échantillons de composite mince de type aéronautique contenant des défauts de type BVID.

Funding category

Public/private mixed funding

Funding further details

Presentation of host institution and host laboratory

Université Paris Saclay, CEA-LIST

Le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) est un organisme
public de recherche.
Acteur majeur de la recherche, du développement et de l'innovation, le CEA intervient dans le
cadre de ses quatre missions :
. la défense et la sécurité
. l'énergie nucléaire (fission et fusion)
. la recherche technologique pour l'industrie
. la recherche fondamentale (sciences de la matière et sciences de la vie).
Le CEA-LIST, quant à lui, est l’un des trois instituts de recherche technologique de la direction de la recherche technologique du CEA. Ses programmes de recherche couvrent l’industrie du futur, le jumeau numérique holistique, l’intelligence artificielle et la confiance numérique.

Au sein du CEA-LIST, le laboratoire d'accueil du doctorant s'intéresse à la recherche et au développement de méthodes de contrôle non destructif et de monitoring de structures (notamment aéronautiques), en s'appuyant sur des modèles numériques (notamment via le logiciel CIVA) et expérimentaux (notamment via les plateformes collaboratives GERIM2 et SACHEMS).

 

Candidate's profile

profil recherché : Fin études ingénieur / Master 2 ; mécanique /acoustique /mathématiques appliquées.

compétences techniques recherchées : traitement du signal ; physique des ondes acoustiques notamment guidées (ondes de Lamb) ; maitrise d'un logiciel de programmation (de préférence python).

Nous recherchons un candidat faisant preuve de rigueur scientifique, de curiosité et ayant le goût pour les manipulations et la modélisation.

2022-09-30
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