Reflection and conversion of a Lamb wave at a bevelled end of a plate

Réflexion et conversion d'une onde de Lamb à l'extrémité biseautée d'une plaque

Nicolas Wilkie-Chancellier (1)

1 LAUE - Laboratoire d'acoustique ultrasonore et d'électronique

This study deals with the Lamb wave interaction on a bevel. The aim is to identify the different reflected modes which exist when a wave is incident on the bevelled end of a plate and to evaluate the respective energy of each mode. In a first time, the study is experimentally realised on a stainless steel plate. Energy balances are performed from the displacement measurements on the surface by laser interferometry. They are corrected to take into account wave diffraction. A theoretical model, based on a modal decomposition, is also done in order to justify the previous results. Computations of the energy reflection coefficients have been realised when the A0, S0 and A1 Lamb modes are incident on plate ends bevelled from 65 to 90°, for a frequency-thickness product included between 1 and 4 MHz mm. The quantitative balances obtained by this method agree with the experimental results. The theoretical computation reveals the importance of “complex modes” at the plate extremity. A finite element simulation confirms their effect on the reflections and allows to evaluate the distance from the bevel where the reflected Lamb waves are alone. Finally, a study is done to know the influence of a bevel on the “edge mode” behaviour - the “edge mode” is a particular phenomenon which appears in a narrow frequency band when the S0 Lamb mode is incident.

Ce travail est consacré à l'étude de l'interaction d'ondes de Lamb avec un biseau. L'objectif est d'identifier les différents modes propagatifs issus de la conversion de l'onde incidente sur l'extrémité biseautée d'une plaque et d'évaluer l'énergie transportée par chaque mode. Dans un premier temps, cette étude est réalisée expérimentalement sur une plaque d'acier inoxydable. Les bilans d'énergie sont déduits des mesures des déplacements en surface par interférométrie laser. Ils sont corrigés pour tenir compte de la diffraction des ondes ultrasonores. Un modèle théorique, basé sur une décomposition modale, est ensuite mis en œuvre afin de justifier les résultats précédents. Le calcul des coefficients de réflexion en énergie a été mené dans le cas des modes de Lamb A0, S0 et A1 incidents sur des extrémités biseautées de 65 à 90° pour un produit fréquence-épaisseur FE variant de 1 à 4 MHz.mm. Les bilans quantitatifs obtenus par cette méthode valident les résultats expérimentaux. Le calcul théorique met en évidence l'importance des « modes complexes » existant dans la plaque. Une simulation par éléments finis a montré leur influence sur les réflexions et a permis d'évaluer à quelle distance du biseau les modes de Lamb se propagent seuls. Enfin, une étude est effectuée pour décrire l'influence d'un biseau sur le comportement du « mode de bout », phénomène particulier pouvant se produire à l'extrémité d'une plaque dans une gamme fréquentielle étroite lorsque le mode de Lamb S0 est incident.

Mots clés: Mesures Vibrométriques; Acoustique ultrasonore; Ondes de Lamb; Décomposition modale; Plaque biseautée; Conversion de mode; Méthode des éléments finis; Mesures Vibrométriques.

Domaines: Mécanique [physics.med-ph]; Acoustique [physics.class-ph]

Nicolas Wilkie-Chancellier. Réflexion et conversion d'une onde de Lamb à l'extrémité biseautée d'une plaque. Mécanique [physics.med-ph]. Université du Havre, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00006282⟩