[pt] A inversão temporal é um método bem conhecido de se obter focalização de ondas. Quando usado em ondas dispersivas, como ondas acústicas de Lamb, a têcnica compensa a dispersão de cada modo fornecendo um sinal focalizado no tempo. O operador de inversão temporal em um meio fechado é dependente da geometria e características físicas do meio. A capacidade de focalização da técnica pode ser usada para detectar variações na condição de contorno de meio. A variação da função de transferência do meio, especialmente na fase de cada componente em frequência, causa perda da qualidade de focalização, degradando o sinal de inversão temporal recebido. Nesse trabalho propõe-se o uso da técnica da inversão temporal para detectar a variação na tração externa aplicada à uma placa metálica. Foram feitos experimentos com dois transdutores de ultra-som espaçados sobre uma placa de alumínio utilizados no modo transmissão-recepção a fim de excitar ondas de Lamb por um pulso de banda larga. Uma tração londitudinal é aplicada à placa e o sinal de inversão temporal é observado. Como o sinal recebido na condição de tração inicial possui forma bem definida, a análise da sensibilidade é facilitada. O sinal transmitido é filtrado a fim de fornecer um sinal de inversão temporal com espectro mais amplo melhorando a qualidade de foco e sensibilidade à tração. A sensibilidade à tração é comprovada e medida experimentalmente. A fase do espectro do sinal observada indica a variação no percurso da onda guiada devido ao tracionamento imposto. O valor e instante de pico sofrem variação em função da variação de tração. Mostra-se que a sensibilidade do sinal de inversão temporal pode ser usado como um indicador de variação do estado de tensão do meio. / [en] The time reversal process is a well-known method of obtaining focused waves. When used at Lamb guided acoustic waves it permits compensating the dispersion of each propagation mode providing a time recompressed focused signal. The time reversal operator in a closed medium is very dependent on the geometry and physical characteristics of the medium. The good focusing capability of the process can be used to detect changes in medium boundary conditions. The mismatch of the impulse response transfer function of the medium, especially in the phase of its frequency components, causes loss in the focusing quality, and so degrades the received signal shape. In this work it is proposed the use of the time reversal technique to detect the variation on the external applied traction in a plate structure. Experiments were performed in transmission-reception mode for two fixed ultrasonic transducers spaced in an aluminum plate where Lamb waves have been excited by a wideband pulse. A variable longitudinal traction is applied to the plate and the received time reversal signal is observed. As the received signal with no traction difference has a well-defined shape, the analysis of the process traction sensitivity is simplified. Digital filtering in the frequency domain was used at the transmitted time reversed signal in order to receive a broader spectrum signal, enhancing the process focus quality and stress sensitivity. The external traction sensitivity was verified. The observed phase spectrum variation indicated a wave path change, caused by the deformation of the plate. The peak value has been decreased for the applied traction and returned to it maximum value as the traction difference was removed. Also, the group delay has changed during the traction process. A model for the peak position has been proposed and compared with the measured experiments. The results show that the high sensibility of the time reversal signal technique due to changes of the geometry of the closed medium can be used as strain variation pointer.

[pt] A acoustoelasticidade estuda a variação da velocidade de ondas elásticas em corpos sujeitos a um estado de tensão inicial. A teoria da acoustoelasticidade consiste-se de um relação não-linear entre tensão e deformação que rege a resposta dinâmica de uma onda elástica sobreposta à pré deformação inicial. A teoria da acoustoelasticidade aplicada a ondas guiadas é um ramo de estudo extremamente novo. Seu desenvolvimento teórico para ondas de Lamb foi concluída em 2012, o que permitiu o cálculo da variação da velocidade em função da tensão. Ondas de Lamb são ondas elástica que propagam-se em placas de faces paralelas obedecendo às condições de contorno nas superfícies. Essas ondas são a princípio dispersivas. Modelagem por elementos finitos (MEF) é uma ferramenta útil para a análise das ondas ultrassônicas. A fim de abordar o efeito acoustoelástico utilizando método de elementos finitos pode-se utilizar as constantes elásticas eficazes. Por meio dessas é possível montar um tensor de rigidez anisotrópico equivalente, que por sua vez pode ser utilizado como a entrada de rigidez do material em softwares comerciais. O processo de inversão temporal é um método bem conhecido para a obtenção de ondas acústicas focalizadas no tempo e no espaço. No caso de ondas de Lamb, o uso de sinais de inversão temporal compensa a dispersão de cada modo de propagação, recomprime e focaliza a onda na posição de leitura. Nesta tese, o novo ramo da acoustoelasticidade em ondas de Lamb foi analisado e seu estado da arte revisado. A possibilidade de utilizar constantes elásticas eficazes para determinação da dependência da velocidade com a tensão e os erros nesta aproximação foram investigados. O uso do programa de elementos finitos Ansysr foi validado para propagação de ondas de Lamb monomodo em uma placa submetida a tração uniaxial. Em seguida, simulações de propagação de ondas de Lamb multimodais acoustoelásticas foram realizadas através do software e o efeito da carregamento na focalização foi analisado numericamente. Finalmente, experimentos foram realizadas em uma placa de alumínio carregada longitudinalmente. A viabilidade e limitações da utilização das características de focalização por inversão temporal a fim de medir a tensão são apontadas. / [en] The acoustoelasticity studies the variation of the elastic waves velocity in bodies subject to an initial stress state. The acoustoelastic theory consists of non-linear relationship between stress and strain that rules the dynamic response superimposed to the initial pre-deformation. The acoustoelastic theory applied to guided waves is a very new branch of study. The theoretical development of this theory for Lamb waves was completed in 2012, which enabled the calculation of velocity variation as a function of stress. Lamb waves are elastic waves that propagate in plates obeying the boundary conditions on the surface. These waves are a priori dispersive. Finite Element Method (FEM) is an useful tool for ultrasonic waves propagation analysis. In order to address the acoustoelastic effect employing FEM one can use the effective elastic constants. By these effective constants it is possible to assemble an equivalent anisotropic stiffness tensor, which can be the material stiffness input in commercial software. The time reversal process is a well-known method for obtaining focused acoustic waves in both time and space. In the case of Lamb waves, the use of time-reversed signals compensates the dispersion of each propagation mode, recompressing the wave and producing a focused signal at the reception position. In this thesis the new branch of acoustoelasticity for Lamb waves is thoroughly analyzed and its state of the art is reviewed. The possibility of using effective elastic constants for determination of the velocity dependence on stress and the errors in this approximation are investigated. The use of FEM in Ansysr is validated for single mode under uniaxial tensile stress. Then, the simulations of wideband multi-mode acoustoelastic Lamb waves is carried out in the numerical software, the time-reversal focusing ability is verified and the effect of uniaxial load on the focus is investigated. Finally, experiments were performed in an aluminum plate longitudinally loaded. The feasibility of using the time reversal focus characteristics in order to measure the strain is concluded and its limitations are pointed out.