An elastic guided wave tomographic method for multiaxial stress imaging in a ferromagnetic plate using EMAT
Méthode d’imagerie par tomographie d’ondes élastiques guidées des contraintes multiaxiales d’une plaque ferromagnétique au moyen d’EMAT
Résumé
Mechanical stress can affect structures in many ways. It can for example deform their shape, or alter their physical properties. These effects can have positive or negative outcomes such as rendering a structure more resistant or causing it to fail prematurely. It is therefore of great interest to assess the stress state in a given structure. This is done by evaluating the effect of stress on measurable physical quantities, and using certain laws to deduce the stress from these quantities. The aim of the current work is to propose a new stress imaging method that allows the treatment of certain problems, to which there are no practical solutions in the literature. One of these problems is to image a multiaxial inhomogeneous stress state in metallic plates. The approach adopted to developthe imaging method is based on the measurement of the magneto elastic and acoustoelastic effects.For this the method uses Electro-Magnetic-Acoustic-Transducers (EMAT), which can measure both effects. First, a model that allows calculating the stress induced velocity changes for Lamb and SH waves is developed. Then, an analytical version of this model is proposed in order to get the stress from the velocity changes. This version is used to develop a new tomographic technique for multiaxial stress imagery.The mechanism with wich an EMAT can detect the arrival of an elastic wave in a ferromagnetic material is developped. Finally a local characterisation method, is proposed. This method considers the EMAT to be an Eddy current sensor, and gives the local stress as a function of the voltage induced in the EMAT.
La contrainte mécanique peut modifier la forme et les propriétés physiques d’une structure. Elle peut la rendre plus résistante comme elle peut causer sa rupture. L’évaluation de l’état de contrainte est donc important pour contrôler la santé des structures. Cette évaluation se fait en mesurant des grandeurs physiques qui sont affectées par la contrainte, puis en utilisant des lois pour retrouver la contrainte à partir de ces grandeurs. L’objectif du présent travail est de proposer une nouvelle méthode d’imagerie de la contrainte, pour résoudre certaines problématiques pour lesquelles il n’existe pas une solution pratique dans la littérature. Parmi ces problématiques, la caractérisation d’un état de contrainte multiaxial et inhomogène dans les plaques métalliques. L’approche suivie lors du développement de cette méthode se base sur la mesure des effetsmagnétoélastique et acoustoélastique. Pour ce faire les capteurs EMAT (Electro-Magnetic-Acoustic-Transducer) sont utilisés. Tout d’abord un modèle acoustoélastique permettant de trouver les variations des vitesses des ondes de Lamb et SH induites par la contrainte, est développé. Puis une version analytique de ce modèle est proposée pour remonter à la contrainte à partir de ces variations. Cette version est utilisée pour développer une nouvelle méthode tomographique pour l’imagerie d’un état de contrainte multiaxial.La modélisation de la détection d’une onde élastique par un EMAT en milieu ferromagnétique est étudiée, et un modèle est developpé. Finalement une méthode qui considère l’EMAT comme un capteur à courants de Foucault, et qui permet de trouver la contrainte locale à partir de la tension induite dans l’EMAT est proposée.
Origine : Version validée par le jury (STAR)