Desenvolvimento de um sistema de medida de tempo decorrido da onda ultra-sônica e análise do estado de tensões em materiais metálicos pela técnica da birrefiingência acústica

Autor: Bittencourt, Marcelo de Siqueira Queiroz, Instituto de Engenharia Nuclear
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2000
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional do IENInstituto de Engenharia NuclearIEN.
Druh dokumentu: Doctoral Thesis
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A medida de tensão por ultra-som se baseia no efeito acustoelástico, que é o fenômeno da variação da velocidade da onda ultra-sônica em função da tensão no material. Para isso, é necessário realizar medidas do tempo de percurso da onda ultra-sônica com elevada precisão e com resolução de nanossegundo. Este trabalho apresenta a montagem de um sistema ultra-sônico e o desenvolvimento e a aplicação de um novo método para a medida de tempo de percurso da onda ultra-sônica para medida de tensão em materiais. Este método utiliza o processamento do sinal pela correlação cruzada e do aumento da taxa de amostragem utilizando a técnica multitaxas. Foi verificada a utilização do método para avaliação de tensões, tanto aplicadas como residuais, em chapas de alumínio e aço, utilizando a técnica ultra-sônica da birrefringência. É apresentado, também, utilizando o sistema ultra-sônico montado, um processo para a determinação da direção de laminação de chapas. Foi mostrado que o método alcança a precisão e resolução necessárias a sua aplicação para avaliação das tensões tanto aplicadas como residuais, dos materiais examinados. O trabalho, além de mostrar alguns caminhos que geram imprecisão de medida ou que levam muito tempo para se chegar a uma solução, sem que com isso se ganhe em precisão, mostra também opções diferentes de processamento de sinal, fenômenos que podem ser utilizados para separar a influência da direção de laminação na tensão, e equipamentos que devem ou não ser utilizados, pois podem melhorar a resolução da medida. Mostra, também, que a técnica da birrefringência é apropriada para a verificação de tensão residual em chapas soldadas e pode ser usada na avaliação do alívio de tensões residuais por tratamentos térmicos.
Stress measurements by ultrasonic sound waves is based on the acoustoelastic effect that is the phenomenon of the variation of the velocity of the ultrasonic sound wave in a material as a function of the applied stress field. For that purpose it is necessary to measure the ultrasonic time of flight with high precision and with nanosecond resolution. This work describes the assembly of an ultrasonic system, and develops a new method to measure the ultrasonic time of flight in materials under stress. The method proposed uses the cross correlation signal processing of the ultrasonic wave and increases the sampling rate of the signal using the multi-rate technique. The birefringence ultrasonic technique, in conjunction with the measurement method developed, was successfully applied for the evaluation of applied and residual tensions in aluminum and steel plates. Using the assembled ultra-sonic system, it is also proposed a process for the determination of the rolling direction of plates by ultrasonic sound waves. For the materials examined, it was shown that the ultrasonic method reaches the precision and the necessary resolution for the evaluation of residual stresses and tension stresses due to externally applied forces. The work also discusses some of the factors that cause measurement imprecision, or that increase in the solution time without any gain in precision. It also shows different options for signal processing, discusses some of the phenomena that can be explored to separate the influence of the rolling direction in the evaluation of the material tension state, and introduces additional equipment that may be used to improve the resolution of the measure. The work concludes by showing that the acoustic birefringence technique is suitable for the verification of residual tension in welded plates and that it can also be used in the assessment of heat treatments for the stress relief in materials.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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