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CFA - Tours 2006
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Acoustique
&
Techniques n° 45
La non-linéarité sollicitée par renversement temporel :
TR-NEWS
Les exemples ci-dessus montrent que le filtrage entre
l’acquisition et le processus RT des signaux présente un
intérêt pour la localisation des diffuseurs non linéaires
présents dans les milieux. Lorsqu’il existe un intérêt pour
la localisation d’un défaut près de la surface d’un objet,
il est possible de suivre une approche non linéaire RT
légèrement différente. Une équipe américaine du groupe
« Élasticité non linéaire des matériaux » du Laboratoire
national de Los Alamos et du « Stevens Institude of
Technology » a récemment suggéré une amélioration
significative de la procédure RT non linéaire pour sonder
les défauts surfaciques en utilisant l’analyse NEWS
comme post-traitement réalisé après le processus RT
[27-28]. La première étape de la procédure ressemble
au RT classique appliqué aux ondes élastiques : en
mesurant, ponctuellement à l’aide d’un vibromètre laser,
la réponse de signaux provenant d’une ou plusieurs
sources, en retournant le signal reçu et en le renvoyant
en utilisant la source initiale, un très fort niveau d’énergie
peut être obtenu à la surface par focalisation locale en
temps et en espace. Dans un second temps, le contenu
non linéaire du signal rétrofocalisé est analysé : si un
diffuseur non linéaire est localisé dans la zone focale
du laser, le contenu en harmonique sera significatif. Si,
au contraire, la rétrofocalisation est effectuée dans une
zone exempte de défauts, aucune signature non linéaire
sera mesurée. En réitérant cette étape par balayage de
la surface de l’objet, il est possible d’évaluer l’étendue
de la zone de dégradation surfacique en réalisant une
image paramétrique exploitant les signatures NEWS par
post-traitement. En généralisant l’analyse harmonique
du signal rétrofocalisé, on peut utiliser un filtrage PC-
PS, une analyse par modulation de phase, solliciter
l’intermodulation de deux fréquences et étudier le niveau
énergétique de ce spectre d’intermodulation comme cela
a été montré expérimentalement dans les fluides saturés
en microbulles [30].
Nous finirons cet article en donnant deux exemples
illustrant quelques extensions de cette méthodologie.
L’objet étudié est une structure d’aile d’avion en aluminium,
de 2 mm d’épaisseur comportant des raidisseurs fixés
par rivet. La surface explorée est une petite zone proche
du rivet à l’origine duquel une petite fissure de 2 mm de
long a été créée par un test de fatigue cyclique.
Au cours de la première expérience, inspirée des travaux
de Ulrich et al [29], l’excitation du milieu s’est faite à l’aide
d’un signal bi-fréquence. L’analyse consiste en l’étude des
pics d’intermodulation présents dans le signal retrofocalisé
en balayant point par point une ligne perpendiculaire à la
fissure et traversant celui-ci. En terme d’excitation, nous
avons utilisé de simples pastilles de PZT collées à une
cavité réverbérante, elle-même collée sur la structure.
Dans un premier temps, un signal de fréquence f
1
= 1 MHz est généré, et la réponse est enregistrée avec le
vibromètre laser. Ensuite un deuxième signal de fréquence
f2 = 200 kHz est généré à partir d’une deuxième source ;
la réponse est également enregistrée avec le laser. Les
deux signaux sont alors retournés et reémis de leurs
sources respectives de façon parfaitement synchronisée.
En fait, le système réalise deux fois de suite un RT
monovoie, qui, en raison de la synchronisation, permet
de réaliser des moyennages et d’augmenter le rapport
signal sur bruit. De ce fait, le principe RT permet aux
deux signaux d’arriver en même temps au point d’analyse
pour lequel le laser mesure les vibrations absolues.
L’intermodulation du signal RT focalisé en temps est
alors analysé en terme d’amplitude des composantes
« différence » A (f1-f2) et somme A (f1 + f2) du spectre.
Cette procédure est réitérée pour chaque point de la ligne
de balayage. Dans une zone intacte, aucune modulation
n’est attendue, alors que dans une zone dégradée, les
niveaux d’intermodulation peuvent être importants. La
signature non linéaire contenue dans les termes somme
et différence est présentée en figure 10, en fonction de la
distance à la fissure pour une ligne la traversant. À l’endroit
de la fissure, la signature non linéaire est manifestement
bien plus élevée qu’ailleurs, et ce avec un facteur de
contraste de dix.
Pour la deuxième expérience réalisée sur la même
structure, une alternative consiste à analyser, point
par point, les variations d’amplitude du signal RT de
l’échantillon soumis à une vibration basse fréquence [8].
La vibration basse fréquence (BF) est réglée sur le premier
Fig. 10 : Résultats d’une expérience RT, utilisant une analyse des fréquences d’intermodulation, pour une aile
d’avion (à gauche) comportant une fissure localisée proche d’un rivet. Évolution (à droite) point par point
du niveau d’intermodulation de fréquence dans le signal RT rétrofocalisé, en fonction de la distance
de la fissure. Les fréquences appliquées sont 200 kHz and 1 MHz. Les signatures de l’intermodulation
correspondent aux fréquences somme et différence dans le signal RT de rétrofocalisation
Détection et localisation de microdégradation de matériaux par spectroscopie d’ondes élastiques non linéaires