MODELISATION DU CONTROLE ULTRASONORE DANS UNE STRUCTURE A GROS GRAINS

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MODELISATION DU CONTROLE ULTRASONORE DANS UNE
STRUCTURE A GROS GRAINS
F. Jenson(1), C. Poidevin(1) et L. Doudet(2) (1)
CEA, LIST (2) EDF RD MMC
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MODELISATION DU CONTROLE ULTRASONORE DANS UNE
STRUCTURE A GROS GRAINS

• Enjeux Détection et caractérisation de défauts
  dans les composants en acier moulé par
  centrifugation.
• Contexte Difficultés de contrôle liées à la
  structure métallurgique complexe de ces matériaux
  hétérogène (colonnaire/équiaxe), zones à très
  gros grains (20 mm)...

Gros grains
Grains colonnaires
Grains équiaxes
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• Exemple de mesure avec un capteur TRL sur un
  coupon en acier moulé centrifugé contenant des
  défauts artificiels

Trous génératrices ?2 mm
Entailles hauteur 10 et 15 mm
Cscan expérimental obtenu sur une partie de la
maquette
Échantillon en moulé centrifugé
TG (p34.5mm) Entaille (h15mm)
Forte variabilité des échos mesurés, en fonction
de lincrément

• Objectif Modélisation des phénomènes physiques
  à lorigine des difficultés de contrôle, et en
  particulier de la variabilité de lamplitude des
  échos.

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Modélisation de la structure à gros grains Les
diagrammes de Voronoï

• Modélisation de la structure à gros grains via
  lutilisation des diagrammes de Voronoï.
• Définition Découpage de lespace en cellules
  convexes à partir dun nuage de points.
• Applications Les diagrammes de Voronoï
  permettent de représenter des relations de
  distance entre objets et des phénomènes de
  croissance.
• En particulier, on peut modéliser une structure
  polycristalline

• Méthode Coupler cette description avec les
  outils existants dans CIVA pour simuler les
  effets de la macrostructure sur la propagation du
  champ

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Implémentation des diagrammes de Voronoï 3D dans
CIVA
Visualisation cas dune structure équiaxe
IHM (version développement)
Propriétés matérielles isotropes
Géométrie

• Actions
• Générer une nouvelle structure
• Générer de nouvelles propriétés matérielles

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Implémentation des diagrammes de Voronoï 3D dans
CIVA
Dilatation du diagramme dans une direction
structure colonnaire
Orientation de la structure colonnaire suivant z
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Implémentation des diagrammes de Voronoï 3D dans
CIVA
Dilatation dans une autre direction
Orientation de la structure colonnaire suivant y
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Implémentation des diagrammes de Voronoï 3D dans
CIVA
Diagramme généré à partir dune distribution non
uniforme variation de la taille moyenne des
grains
Décroissance suivant x
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Réalisation dessais simplifiés sur un coupon en
acier moulé centrifugé avec un capteur immersion
Cartographies du champ transmis
L45 1 MHz Heau 80 mm Pfocalelt 70 mm
Surface externe
400
68.5
100
Surface interne
Zone cartographiée
Lémetteur et la zone cartographiée sont
translatés simultanément par pas ?X
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Hypothèses de simulation

• Propriétés élastiques isotropes avec VL aléatoire

• Les fluctuations de VL dans CIVA sont modélisées
  par une distribution uniforme

Structure équiaxe
Tirages aléatoires de VL pour chaque macrograin
Les paramètres dentrée de la modélisation sont
VL,moy 5900 m/s ?VL X
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Simulation du champ transmis en L45 à 1MHz
Taille de la cartographie 55100 mm2
Diagramme de Voronoï
Nombre de cellules 1000 Taille moyenne 11 mm
?VL0
?VL2
y
y
x
x
y
y
x
x
?VL1
?VL3
Champ mesuré en L45 à 1 MHz pour cinq positions
de lémetteur
Champ simulé en L45 à 1 MHz pour différentes
valeurs de ?VL
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Simulation de lécho de fond mesuré dans une
configuration en L0 à 1 MHz
Exemple pour différentes valeurs de ?VL
?VL0
?VL3
Nombre de cellules 1500 Taille moyenne 12 mm
Bscan expérimentale
Fluctuations de lamplitude et du temps de vol
?VL5
?VL7
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Simulation de lécho de fond mesuré dans une
configuration en L0 à 1 MHz
Amplitude moyenne de lécho de fond
Simulation pour différentes tailles de grains et
pour différentes valeurs de ?VL
Bscan
Valeur moyenne
Echodynamique
Résultats expérimentaux
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Simulation de lécho de fond mesuré dans une
configuration en L0 à 1 MHz
Simulation pour différentes tailles de grains et
pour différentes valeurs de ?VL
Variabilité de lécho de fond
Bscan
Fluctuations
Echodynamique
Résultats expérimentaux
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Conclusions

• Une description de la macrostructure par les
  diagrammes de Voronoï
• fonctionnalités existant dans CIVA (calcul de
  champ et décho)

Bonne description des phénomènes de distorsion du
champ en amplitude et en phase observés sur des
cartographies de champ transmis et sur lécho de
géométrie provenant du fond de la pièce

• Etude de variation sur les paramètres (Taille
  moyenne des grains, ?VL)

Bonne évolution des paramètres  quantitatifs 
(amplitude moyenne, fluctuations) évalués sur
lécho de fond
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Perspectives

• Description de structures mixtes
  équiaxes/colonnaires
• Lien entre le paramètre dentrée ?VL et les
  propriétés matérielles dun macrograin (structure
  duplexe bi-phasée)
• Modélisation du bruit de structure
• Mise en place de stratégies basées sur ces
  nouveaux outils afin
• dévaluer la contrôlabilité dun composant en
  acier moulé gros grains à partir de mesures de
  référence
• de concevoir de nouvelles méthodes de contrôle
  optimisées pour de tels matériaux