El Grupo TPIA
La actividad acústica y ultrasónica del grupo TPIA concierne al campo de la acústica física y los temas de investigación se dirigen globalmente a la comprensión de los fenómenos de interacción de las ondas ultrasónicas con la materia.
.Coordinador : Frédéric JENOT
Permanente : Jamal ASSAAD, Farouk BENMEDDOUR, Lynda CHEHAMI, Meriem CHRIFI ALAOUI, Christophe DELEBARRE, Marc DUQUENNOY, Frédéric JENOT, Emmanuel MOULIN, Mohammadi OUAFTOUH, Mohamed OURAK, Bogdan PIWAKOWSKI, Wei-Jiang XU
Doctores : H. Achdjian (<01/15), H. Alhousseini (<01/21), W. Ben Khalifa (<04/13), M. Baher, R. Bahouth, L. Chehami (<01/16), B. Chen (<08/19), C. Ciccarone (<11/20), T. Druet (<12/17), H. El Rammouz (<03/21), F. Faese (<01/14), D. Fall (<05/16), S. Fourez (<06/13), A. Hadji, S. Hebaz (<07/18), H. Hoang (<12/20), K. Hourany (<01/16), T. Kadi (<07/21), M. Karam, M. Kiassi, K. I. Kossonou (<06/14), B. Lafarge (<07/18), J. Li (<01/18), Q. Liu (<01/15), N. Maglaoui (<05/15), B. Ndao (<01/17), S. Ndao (<03/20), V. Nowinski (<08/16), M. Robin (<08/19), L. Sadoudi (<08/16), F. Smime (<12/18), R. Takpara (<01/16), M. Terzi
Presentación
La actividad acústica y ultrasónica del grupo TPIA concierne al campo de la acústica física y los temas de investigación apuntan globalmente a la comprensión de los fenómenos de interacción de las ondas ultrasónicas con la materia, a la propuesta de diferentes métodos de análisis (problemas inversos) adaptados a la vigilancia de la integridad de las estructuras y de las propiedades de los materiales, a la modelización del comportamiento de las fuentes ultrasónicas y de sus interacciones con los materiales circundantes y al desarrollo de herramientas que permitan un diseño óptimo de los sistemas.
La investigación de vanguardia llevada a cabo en el grupo TPIA se basa en las competencias y los conocimientos técnicos enriquecidos desde hace más de 35 años, en el seno del departamento de Optoacústica-Electrónica (IEMN - sitio de Valenciennes), en el ámbito de los ultrasonidos y sus interacciones con la materia. Los trabajos de investigación abarcan tanto los aspectos previos de la investigación fundamental en el campo, como las innovaciones tecnológicas a nivel de sistema, y también los desarrollos de I+D relacionados con la expresión de las necesidades industriales.
Fuertemente influenciado por una tradición de investigación desarrollada en el seno de los equipos NDT (Non Destructive Testing) y TRUST (Ultrasonic Transducers: Safety in Transport), los temas de investigación del grupo están muy abiertos a los desarrollos tecnológicos (microelectrónica, MEMS) y abordan temas de carácter fundamental o derivados de las necesidades industriales adoptando, en ambos casos, un enfoque equilibrado entre modelización, experimentación y resolución de problemas inversos.
Estos temas adquieren especial importancia con la aparición de nuevos materiales como los que tienen superficies funcionales (recubiertas con capas finas o delgadas) o con propiedades de gradiente (comúnmente utilizadas en el campo del transporte, por ejemplo). También están en plena consonancia con las cuestiones socioeconómicas vinculadas a la evolución industrial, como las relativas a los métodos de ensayo no destructivos.
Publicaciones del Grupo TPIA
Temas de investigación
Los temas del grupo se engloban bajo el epígrafe de Ciencias para el Ingeniero (SPI) y se basan en tres temas coherentes y complementarios, cuya base son los Ensayos No Destructivos:
.- Traducción y sensores ultrasónicos
- Propagación - Acústica guiada y problemas inversos.
- Sensor distribuido de imágenes acústicas
Estas actividades de investigación permiten al grupo TPIA cubrir un amplio espectro en el campo de los ultrasonidos ya que abarcan desde la generación de diversos tipos de ondas hasta la resolución de problemas inversos y la obtención de imágenes acústicas. Nuestros temas están bien establecidos y tienen sus propias fuentes de financiación y colaboraciones.
El tema "Transducción y Sensores" se centra en el desarrollo y la optimización de transductores y sensores ultrasónicos para la caracterización y los ensayos no destructivos.
La parte de "transducción" de este tema se refiere, en particular, al desarrollo de transductores interdigitales del tipo SAW (ondas acústicas superficiales) para generar ondas ultrasónicas superficiales o guiadas en una amplia gama de frecuencias (20-300 MHz).
Esta solución permite, a través de estos transductores remotos IDT, caracterizar las superficies de las estructuras sin alterarlas y considerar caracterizaciones de superficies frágiles o transparentes. En función de las características se desarrollan diferentes configuraciones de transductores (monofrecuencia, banda ancha) y se pueden considerar varias excitaciones (pulso, ráfaga, chirp, etc.). La plataforma Wavesurf permite la implementación de estos transductores. Además, también implica el desarrollo de transductores piezoeléctricos de alta frecuencia de uno o varios elementos y conjuntos de tipo PMUT por encima de los 20 MHz.
El componente "Sensores ultrasónicos" se refiere principalmente al desarrollo de sensores SAW (ondas acústicas de superficie) sensibles a diferentes características como, por ejemplo, la supervisión de la humedad y la presión a altas temperaturas para aplicaciones de supervisión del hormigón in situ. También se está investigando para que estos sensores sean flexibles y/o autónomos y se comuniquen de forma inalámbrica.
Figura 1: Caracterización de los sensores SAW
El tema "Propagación - Acústica guiada y problemas inversos" tiene como objetivo mejorar y optimizar la caracterización de diversas estructuras aprovechando las propiedades de las ondas acústicas superficiales y guiadas. Las aplicaciones resultantes afectan a muchos sectores de actividad, desde la microelectrónica hasta el transporte.
El tema "Propagación - Acústica guiada y problemas inversos" tiene como objetivo mejorar y optimizar la caracterización de diversas estructuras aprovechando las propiedades de las ondas acústicas superficiales y guiadas.
Los métodos de excitación y detección implementados pueden ser con o sin contacto en el régimen de pulsos o armónicos. Las muestras consideradas cubren una amplia gama, desde medios granulares (como en el proyecto ANR SENSO) hasta películas delgadas.
La originalidad de los trabajos realizados reside a menudo en los métodos de inversión utilizados, como en el caso de la técnica V(z). También puede residir en los procedimientos de caracterización y/o los dispositivos desarrollados. Por ejemplo, el uso de ultrasonidos láser (LU) acoplados a soluciones originales de inversión y procesamiento de señales ha permitido optimizar en gran medida la explotación de la información acústica recogida.
El uso de ultrasonidos láser (LU) acoplados a soluciones originales de inversión y procesamiento de señales ha permitido optimizar en gran medida la explotación de la información acústica recogida.
El proyecto ANR ECOCND ha confirmado en particular la importancia de estos estudios con un objetivo de control. También se han explorado nuevas vías en términos de funcionalización de la superficie. Además, los sensores interdigitales de ondas superficiales han demostrado ser un precursor para la determinación de los niveles de tensión residual en ciertos materiales.
El proyecto ECOCND de la ANR ha confirmado la importancia de estos estudios con fines de control.
Su original diseño ha dado lugar a una solicitud de patente. Por otro lado, los estudios realizados sobre la pareja onda Lamb-daño han dado muy buenos resultados y sugieren perspectivas consecuentes.
Figura 2: Curvas de dispersión del modo guiado por ultrasonidos del láser en una estructura de capa sobre sustrato
El tema "Imágenes acústicas mediante sensores distribuidos" se refiere a la detección de daños y la obtención de imágenes en entornos reverberantes y complejos. El objetivo aquí es proponer métodos innovadores para el control y la monitorización de la salud de componentes de estructuras con geometrías complejas (alas y cascos aeronáuticos, carrocerías de automóviles, componentes ferroviarios, sistemas hidráulicos, etc.).
El objetivo es desarrollar un nuevo enfoque para la detección de daños y la obtención de imágenes en entornos complejos.
Una de las ideas principales es explotar las señales acústicas en toda su complejidad, para extraer la máxima información de un número limitado de sensores. Las codas ultrasónicas, en particular, procedentes de trayectorias de propagación múltiples e intercaladas en las estructuras ofrecen nuevas perspectivas.
En particular, la posibilidad de utilizar fuentes acústicas naturales (todavía llamadas "ambientales" o "de oportunidad") en lugar de la emisión de ondas ultrasónicas clásicamente utilizadas en las técnicas tradicionales de Ensayos No Destructivos, abre el camino hacia el uso de matrices de sensores ultrasónicos pasivos (sólo receptores), por tanto de bajo consumo y potencialmente autónomos y poco intrusivos.
En un entorno de transporte, en particular, donde existen muchas fuentes acústicas y vibratorias "naturales" (motores, ruido aerodinámico, contactos rueda-carril, interacciones fluido-estructura...), las aplicaciones de este trabajo son potencialmente numerosas. Este tema está ya muy consolidado y goza de un notable reconocimiento en la comunidad transdisciplinar de la "obtención de imágenes por correlación de campos ambientales"
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Figura 3: Detección de daños mediante el método acústico pasivo
Áreas de competencia y experiencia
- Pruebas no destructivas.
Monitoreo de salud integrado
. - Estimación de tensiones residuales - Acoustoelasticidad; pdf : Acoustoelasticidad - Estimación de tensiones residuales.
- Firma acústica del material, V(z)
- Espectroscopia de resonancia ultrasónica de ondas superficiales.
- Ultrasonido-Láser
Temas de tesis o prácticas
Los temas de tesis propuestos por el grupo TPIA se difunden especialmente en la página web de la Escuela de Doctorado PHF ( https://www.adum.fr/as/ed/proposition.pl ). En general, están relacionados con las especialidades "Acústica" y "Sistemas y sensores micro-nano".
Formación a través de la investigación
Los miembros del grupo TPIA están muy implicados en la enseñanza relacionada con el IPS dentro del INSA Hauts-de-France.
Colaboraciones
Colaboraciones académicas
- Proyecto europeo:
ALAMSA : Universidad de Bath (Reino Unido)
CUBISMO y TRANSPORTE (Bel. y Fr.)
NRA
DACLOS (JCJC)
ECOCND: CEA LIST, Institut de Soudure
PASNI: Instituto Langevin (ESPCI), INSA Lyon-LaMCoS
PANSCAN: Instituto Langevin (ESPCI), INSA Lyon-LaMCoS
SENSO: IFSTTAR, I2M (Burdeos), LMDC (INSA Toulouse), LCND (Univ. Méditerranée)
ENDE: IFSTTAR, I2M, LMDC, LCND, ISTERRE
OVMI: ONERA, GIPSA, SATIE
IN-ART: LPPI, I2M
IN-ART: LPPI, ONERA
- Programa Hubert Curien: Université Catholique de Louvain (Bel.).
- Proyecto ACDC-C2D2: LMA-LCND, LMDC, I2M, IFSTTAR.
Proyecto de transductor HF: Escuela de Microelectrónica de la Universidad de Fudan (Shanghai, Ch.), FEMTO-ST (red RTB), Universidad de Tongji (Shanghai, Ch.).
Colaboraciones industriales
Proyecto europeo:
PRISTIMAT & PRISTIFLEX : CRITT MDTS, INISMA (Bel.), SIRRIS (Bel.)
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- ANR:
ECOCND: IXTREM, HOLO3
ENDE: EDF, MISTRAS
PASNI : EADS
SENSO : EDF, GETEC, EXAM -BTP, SOVEP
- Tesis del CIFRE: VALLOUREC, SKF AEROSPACE, SOBEN
- Tesis del IRT Railenium (proyecto CUSCIF).
Proyecto ACDC-C2D2: EDF.
Estudios de viabilidad:ADES (Fr.), CTIF (Fr.), EDF (Fr.), NCA TECHNOLOGIES (Bel.), CEV VALLOUREC (Fr.), ST GOBAIN GLASS (Fr. & Bel.), GLAVERBEL (Bel.), AIRBUS (Fr.), SKF (Fr.), CLARIANCE (Fr.)
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