La société EWI est un fournisseur de services d’ingénierie basé aux États-Unis. Ses experts utilisent des outils et des méthodes avancés pour effectuer des inspections et des évaluations techniques à des fins telles que l’analyse des défaillances et l’optimisation de la conception structurelle. Lors de l’évaluation de structures critiques, comme les ponts, les aéronefs et les turbines de production d’électricité, les ingénieurs doivent avoir une compréhension approfondie d’un facteur ayant un impact significatif sur la durée de vie de ce type de structure : la charge cyclique. La charge cyclique est l’application répétée et régulière ou fluctuante d’une force à des endroits donnés. Par exemple, dans le cas d’un pont, la charge cyclique provient des véhicules qui le traversent constamment, et dans le cas des ailes d’un avion, elle provient des variations de la pression d’air.
Au fil du temps, la contrainte occasionnée par la charge cyclique peut induire des fissures de fatigue dans la structure.
La société EWI s’efforce de rester à l’avant-garde des nouvelles technologies afin de garantir que ses ingénieurs disposent des outils d’évaluation les plus efficaces et les plus performants. Oleg Volf, ingénieur principal chez EWI, a récemment dirigé son équipe d’évaluation non destructive (END) pour tester les capacités d’imagerie de la méthode de focalisation en tout point (TFM, total focusing method) de l’appareil de recherche de défauts par ultrasons multiéléments OmniScan™ X3.
Oleg et son équipe ont voulu voir si et comment la méthode TFM pouvait les aider à améliorer leur capacité à mesurer les fissures de fatigue. L’obtention de mesures plus précises, par exemple, pourrait contribuer à une meilleure compréhension des taux de croissance et de propagation des fissures, améliorant ainsi la précision de leur analyse des défaillances.
L’extensomètre à pince est l’un des outils qu’utilisent les ingénieurs pour surveiller de manière fiable la croissance des fissures. On l’insère dans l’ouverture de la fissure et les mesures de tension sont utilisées pour mesurer les changements de la conformité du matériau. Un extensomètre à pince a été utilisé comme outil de comparaison de base dans le cadre de cette expérience.
Résultats de mesure de croissance des fissures comparant la méthode multiélément conventionnelle et la méthode TFM
Pour simuler la croissance des fissures de fatigue dans leur laboratoire, l’équipe d’EWI a installé une machine d’essais mécaniques de flexion programmée pour appliquer une pression augmentant progressivement sur un échantillon de référence conforme à la norme d’essai de résistance à la rupture ASTM E1820. Voyez les détails de cette expérience, y compris l’équipement utilisé, la méthodologie et les résultats, dans l’étude de cas suivante.
Sonde multiélément, sabot et échantillon certifié utilisés par EWI pour réaliser leurs tests de croissance des fissures de fatigue
On a utilisé l’appareil de recherche de défauts OmniScan™ X3 pour mesurer la croissance des fissures et on a ensuite comparé les résultats obtenus avec la technique multiélément conventionnelle (PA) et la méthode TFM. Les ingénieurs d’EWI ont effectué un balayage sectoriel PA conventionnel et appliqué les modes de propagation d’ondes de type TFM TT (écho d’impulsion) TT-T (tandem à une seule sonde). Les mesures ont été prises à intervalles, puis comparées à celles prises avec l’extensomètre à pince
Vue S-scan multiélément (en haut) et vue TFM (en bas) obtenues avec l’OmniScan™ X3
Meilleure compréhension de la nature des fissures
À la suite de cette expérience, Oleg a résumé ainsi les avantages de la méthode TFM pour l’évaluation des fissures de fatigue :
- Processus de collecte de données simplifié par rapport aux autres méthodes, comme l’utilisation d’un extensomètre, de caméras et de capteurs de baisse du potentiel électrique (EPD), lesquels mesurent la fissure à partir de propriétés indirectes et ont tendance à nécessiter une configuration et un étalonnage méticuleux.
- Mesures précises et fiables : En fait, les résultats de la méthode TFM se sont avérés plus précis que ceux de la méthode PA et de la méthode par extensomètre, et ce, avec une marge minime.
- Interprétation et accessibilité faciles des données grâce à la présentation visuelle améliorée de la méthode TFM, qui montre clairement l’orientation de la fissure (angle, degré de ramification, etc.), donnant aux ingénieurs des informations précieuses sur la nature de la propagation (même ceux qui ne sont pas experts en analyse par ultrasons).
Oleg a souligné le fait important suivant : « La résolution et la précision améliorées obtenues avec les méthodes TFM/FMC pour l’inspection des structures sensibles à la fatigue offrent un potentiel de précision accrue pour la détection et le dimensionnement des fissures de fatigue, ce qui améliorerait en conséquence la précision des évaluations de durée de vie technique basées sur ces mesures de fissures. »1
Les ingénieurs d’EWI disent qu’ils ont l’intention de mener d’autres essais en utilisant la méthode TFM pour étayer ces résultats et examiner son application à d’autres géométries de fissures de fatigue plus complexes. Cependant, cette étude préliminaire indique certainement que les informations précieuses obtenue grâce à l’imagerie TFM peuvent contribuer à augmenter la sûreté des infrastructures et à améliorer la conception structurelle.
1Volf, Oleg. EWI Technical Insights. « Crack Growth Monitoring with Phased-Array Total Focusing Method (TFM) ». Juillet 2020
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