Topological imaging of bounded elastic domains. Application to non-destructive testing of welds
Imagerie topologique de domaines élastiques bornés. Application au contrôle non destructif des soudures
Résumé
This study is part of the in-service inspection of the welds of fourth generation nuclear reactors, in order to contribute to the nuclear reactors, in order to contribute to the safety demonstration. The anisotropic and heterogeneous structure of austenitic stainless steel multi-pass welds makes their inspection by ultrasound difficult. Thus, in order to correctly interpret the measured signals and, eventually, to characterize the potential defects, a description of the weld is used. The orientation of the grains and the elasticity constants constitute the a priori knowledge introduced in the Topological Energy method for the resolution of the inverse imaging problem. The study carried out is divided into two parts: i) the development of the method in the boundary environment and its comparison with the Matched Field Processing, which is a close method established in the frequency domain, then ii) its application to the case of real welds.
The extension of the Topological Energy method to isotropic and homogeneous boundary media aims at taking advantage of the multiple reflections between the defect and the walls. For this purpose, several solutions of the numerical propagation problem, obtained for different boundary conditions (Neumann or Dirichlet), are judiciously associated in order to select the diffraction echoes carrying information. Thus, depending on the type of defect to be imaged (hole or notch) specific topological energies are defined. They increase the quality of the image and reduce the importance of artifacts resulting from multiple reflections. The principle of the technique is introduced analytically before being validated, first by numerical simulations and then from
from experimental data.
In a second step, the method is applied to the complex environment of welding. The numerical results obtained confirm the relevance of the approach for defect detection. The procedure is also experimentally tested on model welds with and without notches in order to evaluate the localization performances. However, due to the variability of the structure, the quality of the image can be degraded depending on the case study. The possibility of generating arbitrary sources in situ allows to overcome this difficulty.
Cette étude s'inscrit dans le cadre de l'inspection en service des soudures des réacteurs nucléaires de IVème génération, en vue de contribuer à la démonstration de sûreté. La structure anisotrope et hétérogène des soudures multipasses en acier inoxydable austénitique rend leur contrôle par ultrasons difficile. Ainsi, afin d'interpréter correctement les signaux mesures et, a terme, de caractériser les défauts potentiels, une description de la soudure est utilisée. L'orientation des grains et les constantes d'élasticité constituent la connaissance a priori introduite dans la méthode de l'Energie Topologique pour la résolution du problème inverse d'imagerie. L'étude réalisée se décline en deux temps : i) le développement de la méthode en milieu borne et sa comparaison avec le Matched Field Processing, qui est une méthode proche établie dans le domaine fréquentiel, puis ii) son application au cas de soudures réelles.
L'extension de la méthode de l'Energie Topologique aux milieux bornes isotropes et homogènes vise à tirer parti des réflexions multiples entre le défaut et les parois. Pour cela, plusieurs solutions du problème numérique de propagation, obtenues pour différentes conditions aux frontières (Neumann ou Dirichlet), sont judicieusement associées an de sélectionner les échos de diffraction porteurs d'information. Ainsi, selon le type de défaut a imager (trou ou entaille) des énergies topologiques spécifiques sont définies. Elles permettent d'accroître la qualité de l'image et de réduire l'importance des artefacts résultants des réflexions multiples. Le principe de la technique est introduit analytiquement avant d'être valide, d'abord par des simulations numériques puis a partir de données expérimentales.
Dans un second temps, la méthode est appliquée au milieu complexe de la soudure. Les résultats numériques obtenus confirment la pertinence de l'approche pour la détection de défauts. La procédure est aussi testée expérimentalement sur des soudures modèles avec et sans entaille afin d'évaluer les performances en localisation. Cependant, en raison de la variabilité de la structure, la qualité de l'image peut se dégrader selon les cas d'étude. La possibilité de générer in situ des sources arbitraires permet de pallier en grande partie cette difficulté.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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