Détermination par simulations éléments finis des propriétés effectives de bétons pour le CND par ultrasons - CEA - Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives Accéder directement au contenu
N°Spécial De Revue/Special Issue Academic Journal of Civil Engineering Année : 2023

Determination of effective properties of concrete by Finite Element simulations for ultrasonic NDT

Détermination par simulations éléments finis des propriétés effectives de bétons pour le CND par ultrasons

Résumé

The ultrasonic testing of concretes is strongly affected by their inhomogeneous structure, which determines wave propagation velocities and causes attenuation. The work presented here aims at determining the effective properties of a concrete using time-domain Finite Element simulations. Numerical samples of concrete, represented as a mortar matrix containing aggregates, are randomly generated. The propagation of plane waves through these samples is simulated using Finite Elements for space discretization, and an explicit time scheme for time integration. The obtained ultrasonic field is processed to extract effective velocities and attenuations. The whole procedure has been implemented as new simulation modules in a development version of the CIVA platform. A module performing high-order Finite Element calculations in two dimensions had been the subject of a joint study between CEA and EDF. This communication introduces another tool, based on low-order computations on regular grids. It can perform two or three-dimensional calculations. These tools aim at providing input data for propagation calculations, and at validating analytical models. Cross-validation results obtained with the two approaches for two-dimensional configurations are presented. Results obtained with the low-order code in three dimensions are also shown. Theoretical results obtained with the Waterman and Truell model are included for comparison.
Le contrôle par ultrasons des bétons est fortement affecté par leur structure inhomogène. Elle détermine les vitesses de propagation des ondes et est à l'origine d'atténuation. Des modèles analytiques permettent de calculer des vitesses et atténuation effectives en fonction des propriétés d'un béton. Ils se basent sur des approximations qui limitent leur domaine de validité. Le travail présenté ici utilise une autre approche, basée sur des simulations éléments finis. Des échantillons numériques de béton, représenté comme une matrice contenant des granulats, sont générés aléatoirement. La propagation d'ondes planes à travers ces échantillons est simulée par éléments finis. Le champ ultrasonore obtenu est traité afin d'en extraire des vitesses et atténuations effectives. L'ensemble de cette procédure a été automatisée et implémentée sous la forme de nouveaux outils de simulation dans une version de développement de la plate-forme CIVA. Un outil réalisant des calculs en deux dimensions avait fait l'objet d'une étude conjointe entre le CEA et EDF. Il repose sur des maillages triangulaires, auxquels peuvent être ajoutés des couches fines représentant les Interfacial Transition Zone (zones de transition entre le mortier et les aggrégats). Cette communication présente un nouvel outil dédié aux calculs en trois dimensions. Il est basé sur des grilles régulières. Des résultats de simulation obtenus pour différents paramètres en deux et trois dimensions seront présentés. Ces outils visent notamment à fournir des données d'entrée pour des calculs de propagation, et à valider des modèles analytiques.
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Avant la publication
dimanche 26 octobre 2025
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dimanche 26 octobre 2025
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Dates et versions

cea-04387280 , version 1 (11-01-2024)

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Citer

Vincent Dorval, Alexandre Imperiale, Edouard Demaldent. Détermination par simulations éléments finis des propriétés effectives de bétons pour le CND par ultrasons. Academic Journal of Civil Engineering, 41 (4), pp.117-124, 2023, Special Issue - Diagnobéton 2023, ⟨10.26168/ajce.41.4.14⟩. ⟨cea-04387280⟩
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