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[en] SUSCEPTIBILITY OF DIFFERENT NON-DESTRUCTIVE TESTS FOR INDICATION OF FATIGUE CRACKS / [pt] SUSCEPTIBILIDADE DE DIFERENTES ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS PARA INDICAÇÃO DE TRINCAS DE FADIGA

IVAN RAMALHO TONIAL 28 August 2017 (has links)
[pt] Ensaios não-destrutivos são técnicas utilizadas na inspeção de materiais e equipamentos sem danificá-los, sendo executados nas etapas de fabricação, construção, montagem e manutenção. Constituem uma das principais ferramentas do controle e garantia da qualidade de materiais e produtos, sendo largamente utilizados nos setores petróleo/petroquímico, químico, aeronáutico, aeroespacial, siderúrgico, naval, eletromecânico, papel e celulose, entre outros. Representam métodos capazes de proporcionar informações sobre defeitos, características tecnológicas do material, ou ainda, monitoração da degradação em serviço de componentes, equipamentos e estruturas, o que permite o uso de ações de extensão de suas vidas úteis. O objetivo desta pesquisa foi comparar a adequação de diferentes técnicas não destrutivas na detecção e estimativa da dimensão de trincas de fadiga, nucleadas e propagadas intencionalmente, em material estrutural. Para tal, corpos de provas cilíndricos do aço 42CrMo4 com um entalhe em V sofreram carregamentos cíclicos até diferentes números de ciclos, o que proporcionou diferentes tamanhos de trinca. O comprimento das trincas passantes foi monitorado por meio de lupa posicionada na lateral do corpo de prova. Após a etapa de nucleação e propagação das trincas de fadiga, todos os corpos de prova foram inspecionados com emprego das técnicas de Ultrassom Convencional, Ultrassom Phased Array e Radiografia Digital, para permitir a indicação das trincas de fadiga e o estabelecimento de suas dimensões. Terminada as inspeções, os corpos de prova foram resfriados em nitrogênio líquido e fraturados com aplicação de uma carga de flexão, o que permitiu a visualização das superfícies das trincas. Em seguida, as trincas foram medidas visualmente com o auxílio de uma lupa, o que permitiu comparar as indicações (virtual) de defeitos nos corpos de prova com a existência (real) dos mesmos e, ainda correlacionar as dimensões indicadas nas inspeções com aquelas medidas nas superfícies das trincas. Neste contexto, todas as técnicas se mostraram adequadas para a indicação de defeitos. Além disso, para trincas curtas, o Ultrassom Phased Array foi a técnica que apresentou a melhor suscetibilidade para o dimensionamento de descontinuidades, enquanto que a Radiografia Digital se mostrou mais eficiente para trincas mais longas. / [en] Non-destructive tests are techniques used in material and equipment inspection without permanent damage, applied in the stages of manufacture, construction, assembly and maintenance. They are one of the main tools to control and insure the quality of materials and products, with widely applications in oil / petrochemical, chemical, aeronautical, aerospace, steel industry, naval, electromechanical industries. They represent with capacity of providing information about defects, technological characteristics of the material, or monitoring the degradation in service of components, equipment and structures, which allows the use of useful live extensions in service. The objective of this research was to compare the application of different non-destructive techniques in the detection and size estimation of fatigue cracks, nucleated and propagated intentionally, in structural material. For this purpose, cylindrical specimens of 42CrMo4 steel with a V-notch were subjected to cyclic loading with different cycle numbers, which provided different crack sizes. The length of the cracks was monitored by a magnifying glass positioned on the specimen surface. After the crack nucleation and propagation, all specimens were subjected to non-destructive tests making use of Conventional Ultrasound, Phased Array Ultrasound and Digital Radiography, in order to provide crack indications and crack dimensions. After the inspections, the specimens were cooled down in nitrogen and fractured in three point bending to promote opened crack surfaces. In the sequence, the cracks were measured using a magnifying glass, which allowed a comparison between the indicated and measured defects. In this context, all techniques were adequate for crack indications. On the other hands, for short cracks, the Phased Array Ultrasound was the technique that presented the best susceptibility for estimate the discontinuity dimensions, while Digital Radiography proved to be more efficient for longer cracks.
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[en] DISCONTINUITIES INDICATION IN METALLIC AND COMPOSITE MATERIALS: A COMPARISON OF NON-DESTRUCTIVE METHODS / [pt] INDICAÇÃO DE DESCONTINUIDADES EM MATERIAIS METÁLICOS E COMPÓSITOS: UMA COMPARAÇÃO ENTRE MÉTODOS NÃO DESTRUTIVOS

MARCIO JARDIM DE OLIVEIRA 15 April 2015 (has links)
[pt] O parque industrial nos países em desenvolvimento necessita, cada vez mais, se adaptar a uma nova filosofia de serviço em que equipamentos considerados como seguros são aqueles que podem ser inspecionadas de forma confiável. Neste contexto, ensaios não destrutivos (END) são valiosas ferramentas usadas no controle de qualidade, manutenção de componentes e, principalmente, na avaliação da integridade estrutural de tais equipamentos. Este trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência de diferentes técnicas de END (radiação penetrante, partículas magnéticas e ultrassom) na detecção de descontinuidades simuladas em amostras de material metálico e de compósito. Os resultados experimentais mostraram que os ensaios com raios X, dentre todas as técnicas adotadas na inspeção da amostra metálica, apresentou a maior eficiência na detecção das diferentes geometrias de descontinuidades. Entretanto, nenhuma das técnicas de END possibilitou a detecção de descontinuidades na amostra do material compósito. / [en] The industrial park in developing countries need, increasingly, to adapt to a new service philosophy in which equipments considered as safe are those that can be inspected in a reliable way. In this context, non-destructive testing (NDT) are valuable tools used in quality control, maintenance of components and especially in assessing the structural integrity of such equipment. This study aimed to evaluate the efficiency of different NDT techniques (penetrating radiation, ultrasound and magnetic particles) in the detection of simulated discontinuities in samples of metallic and composite materials. The experimental results showed that the X-ray, considering all techniques adopted in the inspection of the metallic sample, showed the highest efficiency in the detection of different geometries of discontinuities. However, anynone of NDT techniques allowed the detection of discontinuities in the sample of the composite material.
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[pt] ESTUDO DE METODOLOGIAS PARA MEDIÇÃO DA ESPESSURA DE DEPÓSITOS DE PARAFINA POR FERRAMENTA ULTRASSÔNICA / [en] STUDY OF ULTRASONIC METHODOLOGIES FOR MEASURING WAX DEPOSIT THICKNESSES IN PIPELINES

26 July 2017 (has links)
[pt] A deposição de parafina no interior de linhas de produção e transporte de petróleo é um dos problemas mais relevantes encontrados na indústria. A troca de calor entre o petróleo escoando nas linhas e o ambiente externo mais frio pode levar à deposição de parafina, causando o bloqueio parcial ou total com graves implicações econômicas. O monitoramento do crescimento dos depósitos no interior das linhas forneceria informação fundamental para a remoção periódica dos depósitos. As técnicas atualmente disponíveis para o monitoramento do crescimento de depósitos são limitadas e oferecem altos níveis de incerteza. No presente trabalho foi conduzido um estudo experimental com o objetivo de avaliar a utilização da técnica de ultrassom para a medição do crescimento de depósitos de parafina em linhas de petróleo. Foram propostos e avaliados quatro métodos de processamento do sinal ultrassônico: (i) reflexão do sinal na interface líquido-depósito, (ii) tempo combinado de propagação da onda nos meios líquido e no depósito, (iii) atenuação da amplitude do eco do sinal ultrassônico após a passagem no depósito, e (iv) atraso do sinal de eco após a passagem no depósito. Uma seção de testes foi especialmente projetada e construída para testes com formação do depósito de parafina de maneira controlada com monitoramento sincronizado entre uma câmera digital e as aquisições de ultrassom. Observou-se nos resultados que, o sinal não exibia a reflexão na interface solução-depósito, apenas atenuação das amplitudes e redução de seus tempos de propagação, impossibilitando o uso do primeiro método. Os demais métodos obtiveram resultados satisfatórios, quando comparados com as espessuras medidas opticamente, com destaque para o método da atenuação da amplitude do eco, que apresentou potencial para ser utilizado como ferramenta para monitorar a deposição de parafina em linhas de petróleo. / [en] Wax deposits in production and transportation lines is one of the most relevant problems for the industry. The heat exchange from the oil flowing through the lines with the colder outside environment may lead to wax deposition, causing partial or total blockage of the lines with severe economic consequences. The monitoring of the wax deposit growth in the interior of the lines would be a relevant piece of information for operational decisions regarding the frequency of wax removal. The techniques presently available for monitoring wax deposit growth display limited performance and offer high uncertainty levels. The present work conducted an experimental study with the objective of assessing the use of ultrasonic techniques for measuring wax deposit growth in pipelines. Four different techniques were proposed, namely, (i) a technique based on the reflection of the signal at the liquid-deposit interface, (ii) technique based on the combined propagation time of the ultrasound wave in the liquid and deposit phases, (iii) technique based on the amplitude attenuation of the ultrasonic echo after passing through the deposit, and (iv) a technique based on the delay of the ultrasonic echo after passing through the deposit. To this end, a test section was specially designed and constructed, allowing the controlled formation of wax the deposit from different wax solutions, which was monitored by a digital camera synchronized with the ultrasound data acquisitions. The results obtained indicated that, no reflection at the interface was detected, only the attenuation of the echo amplitudes and reduction in propagation time, precluding the use of the first technique. The remaining techniques presented satisfactory results when compared to the optically measured deposit thicknesses. The technique based on the attenuation of the echo amplitude presented to be potential tool to monitor wax deposit in petroleum lines.
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[pt] ANÁLISE DA FALHA DE UM SONOTRODO PARA CORTE DE BORRACHA / [en] FAILURE ANALYSIS OF A SONOTRODE FOR RUBBER CUT

MARCELO GOMES FARINHAS 18 April 2016 (has links)
[pt] Os processos industriais de uma maneira geral são compostos de várias etapas que promovem a transformação de materiais, seja na sua forma primária, ou na forma de subprodutos, que vão posteriormente formar o produto final. Neste contexto, na indústria fabricação de pneus, existe uma etapa bastante específica que é o corte de borracha, etapa esta, que pode ser realizada de várias formas e técnicas sendo que uma delas, é o corte por ultrassom. Apesar do corte por ultrassom ser eficiente e proporcionar ao material um acabamento nas superfícies superior aos demais, os sistemas de corte por este método apresentam fraturas excessivas do componente que realiza o corte, chamado de sonotrodo. Neste trabalho, foram investigadas algumas das causas possíveis (causas raízes) para as falhas apresentadas pelos sonotrodos. O estudo envolveu a análise química qualitativa do material, a análise de tensões utilizando o método de elementos finitos, ensaios mecanográficos e caracterização mecânica do material. Os resultados obtidos permitiram a identificação do mecanismo de dano acumulado no componente durante sua vida em serviço, permitindo a indicação de possíveis causas raiz que levam o sonotrodo a falhar de maneira prematura. / [en] Industrial processes generally are comprised of several steps that promote the transformation of materials, whether in their primary form, or as by-products, which will subsequently form the final product. In this context, the tire manufacturing industry, there is a very specific step is the cutting of rubber; this step can be performed in various ways and techniques one of which is the cutting by ultrasound. Although efficient cutting and the cut material presenting a finish of the cut surfaces higher than the other cutting systems ultrasound have excessive fractures component that performs cutting, called sonotrode. In this study, we investigated some of the possible (root cause) for failures made by sonotrode. The study involved a qualitative chemical analysis of the material, stress analysis using the finite element method, metallographic tests and mechanical characterization of the material. The results obtained allowed the identification of the accumulated damage mechanism in the component during its service life, allowing indication of possible root because that lead the sonotrode to fail prematurely.
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[en] METROLOGICAL EVALUATION OF THE INFLUENCE OF THE COMPOSITION OF THE NATURAL GAS ON FLOW RATE MEASUREMENTS IN PRESSURE RELIEF FLARE SYSTEMS / [pt] AVALIAÇÃO METROLÓGICA DA INFLUÊNCIA DA COMPOSIÇÃO DO GÁS NATURAL NA MEDIÇÃO DE VAZÃO EM SISTEMAS DE ALÍVIO DE PRESSÃO TIPO TOCHA

FAGNER GEOVANI DE SÁ 25 March 2015 (has links)
[pt] Esta dissertação de mestrado teve por objetivo avaliar a influência da composição do gás natural na medição de vazão pela técnica de ultrassom em sistemas de alívio de pressão tipo tocha. A inclusão da composição do gás na correção da medição da vazão do gás em sistemas de tocha constitui uma exigência legal imposta pelo regulador brasileiro do setor de petróleo, gás natural e biocombustíveis. A histórica dificuldade técnica associada à coleta de amostras de gás em sistemas de tocha e os constantes questionamentos sobre a representatividade das amostras coletadas são as principais motivações para a realização deste estudo. A metodologia utilizada fundamentou-se em pesquisa bibliográfica, documental e de campo. Por meio de pesquisa bibliográfica, documental e normativa realizou-se o embasamento técnico e teórico do estudo. A pesquisa de campo teve por finalidade coletar informações de estações de medição de gás em sistemas de tocha de uma unidade marítima de produção de petróleo e gás. A partir do tratamento das informações coletadas, os resultados da pesquisa permitiram quantificar que o erro máximo na medição de vazão de gás por ultrassom devido ao desconhecimento de sua real composição é 0,04 porcento. Dentre as conclusões, (i) as amostras de gás coletadas em sistemas de tocha não representam de forma adequada o volume de gás medido e (ii) o erro máximo estimado associado à totalização do volume de gás mostrou-se desprezível quando comparado ao volume total de gás documentado nos históricos de medição e aos erros aleatórios aceitáveis para o tipo de estação de medição considerado. / [en] The objective of this dissertation is to evaluate the influence of the composition of the natural gas on the flow rate measurements in pressure relief flare systems. The consideration of the gas composition in the correction of the gas flow rate measurements in the flare system is a legal requirement imposed by the Brazilian regulating agency for oil, natural gas and biofuels. The historical technical difficulties associated with collecting gas samples from flare systems and the constant questions about the representativeness of the collected samples are the main motivations for this study. The methodology used was based on literature, documental and field research. Through literature, documental and normative research was conducted at the technical and theoretical foundation of the study. The field research aimed at collecting information of measurement systems of gas flare in a maritime unit of oil and gas production. From the treatment of collected information, the research results allowed to quantify that the maximum error in the measurement of gas flow rate by ultrasonic meters due to the lack of knowledge of its actual composition is 0.04 percent. Among the conclusions, (i) the collected gas samples in flare systems do not adequately represent the volume of measured gas and (ii) the estimated maximum error associated with the totalization of the gas volume was found to be negligible compared to the documented total volume gas on historical measurements and to acceptable random errors for the type of the considered measurement system.
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[en] A SEMIAUTOMATIC TECHNIQUE FOR THE SEGMENTATION OF THE FETUS IN 3D ULTRASOUND EXAMS / [pt] UMA TÉCNICA SEMIAUTOMÁTICA PARA A SEGMENTAÇÃO DO FETO EM EXAMES DE ULTRASSOM 3D

FRANCISCO CARVALHO GUIDA MOTTA 22 November 2018 (has links)
[pt] Exames de ultrassom possuem um importante papel na obstetrícia devido a seu baixo custo, baixo risco e sua capacidade de execução em tempo real. O advento da ultrassonografia tridimensional possibilitou o uso do volume fetal como medida biométrica para monitorar seu desenvolvimento. A quantificação do volume do feto requer um processo prévio de segmentação, que consiste na rotulação dos pixels pertencentes ao objeto de interesse em uma imagem digital. Não existe, entretanto, um método padrão para a realização da volumetria fetal e a maioria dos estudos conta com a realização de segmentações manuais, que demandam uma alta carga de trabalho repetitivo. A segmentação de imagens de ultrassom é particularmente desafiadora devido à presença de artefatos como o ruído speckle e sombras acústicas e ao fato de que o contraste entre as regiões de interesse é muitas vezes baixo. Neste trabalho, desenvolvemos e testamos um método semiautomático de segmentação do feto em exames de ultrassom 3D. Devido às dificuldades citadas, bons métodos de segmentação em imagens de ultrassom devem fazer uso de características esperadas das estruturas específicas a serem segmentadas. Esse pensamento guiou o desenvolvimento da nossa metodologia que, através uma sequência de passos simples, antingiu bons resultados quantitativos na tarefa de segmentação. / [en] Ultrasound exams have an important role in obstetrics due to its low cost, low risk and real-time capabilities. The advent of three-dimensional ultrasonography has made possible the use of the fetal volume as a biometric measurement to monitor its development. The quantification of the fetal volume requires a previous process of segmentation, which consists in the labelling of the pixels that belong to the object of interest in a digital image. There isn t, however, a standard methodology for fetal volumetry and most studies rely on manual segmentations. The segmentation of ultrasound images is particularly challenging due to the presence of artifacts as the speckle noise and acoustic shadows, and the fact that the contrast between regions of interest is commonly low. In this study, we have developed and tested a semiautomatic method of fetal segmentation in 3D ultrasound exams. Due to the aforementioned difficulties, good ultrasound segmentation methods need to make use of expected characteristics of the specific segmented structures. This thought has guided the development of our methodology that, through a sequence of simple steps, achieved good quantitative results in the segmentation task.
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[pt] INVERSÃO TEMPORAL DE ONDAS DE LAMB ACOUSTOELÁSTICAS / [en] TIME REVERSAL OF ACOUSTOELASTIC LAMB WAVES

05 June 2019 (has links)
[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.
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[pt] AVALIAÇÃO NÃO-DESTRUTIVA DE DUTOS E SOLDAS BASEADA EM DADOS ULTRASSÔNICOS NO CONTEXTO DA INDÚSTRIA DE ÓLEO E GÁS / [en] DATA-DRIVEN ULTRASONIC NON-DESTRUCTIVE EVALUATION OF PIPES AND WELDS IN THE CONTEXT OF THE OIL AND GAS INDUSTRY

GUILHERME REZENDE BESSA FERREIRA 31 January 2022 (has links)
[pt] A avaliação não destrutiva ultrassônica é de extrema importância na indústria de óleo e gás, principalmente para ativos e estruturas sujeitos a condições que aceleram os mecanismos de falha. Apesar de amplamente difundidos, os métodos ultrassônicos não destrutivos dependem de uma força de trabalho especializada, sendo, portanto, suscetíveis a erros e demorados. Nesse contexto, métodos de reconhecimento de padrões, como o aprendizado de máquina, se encaixam convenientemente para solucionar os desafios da tarefa. Assim, este trabalho tem como objetivo a aplicação de técnicas de inteligência artificial para abordar a interpretação de dados adquiridos por meio de avaliação não destrutiva ultrassônica no contexto da indústria de óleo e gás. Para tanto, esta dissertação envolve três estudos de caso. Primeiramente, sinais de ondas guiadas ultrassônicas são usados para classificar os defeitos presentes em juntas soldadas de compósito termoplástico. Os resultados mostraram que, ao usar atributos extraídos com modelos autoregressivos, a acurácia do modelo de aprendizado de máquina melhora em pelo menos 72,5 por cento. Em segundo lugar, dados ultrassônicos em formato de imagens são usados para construir um sistema de diagnóstico de solda automático. A estrutura proposta resultou em um modelo computacionalmente eficiente, capaz de realizar classificações com acurácia superior à 99 por cento. Por fim, dados obtidos por simulação numérica foram usados para criar um modelo de aprendizado profundo visando estimar a severidade de defeitos semelhantes à corrosão em dutos. Resultados de R2 superiores a 0,99 foram alcançados. / [en] Ultrasonic non-destructive evaluation is of extreme importance in the oil and gas industry, especially for assets and structures subjected to conditions that accelerate failure mechanisms. Despite being widely spread, ultrasonic non-destructive methods depend on a specialized workforce, thus being errorprone and time-consuming. In this context, pattern recognition methods, like machine learning, fit conveniently to solve the challenges of the task. Hence, this work aims at applying artificial intelligence techniques to address the interpretation of data acquired through ultrasonic non-destructive evaluation in the context of the oil and gas industry. For that purpose, this dissertation involves three case studies. Firstly, ultrasonic guided wave signals are used to classify defects present in welded thermoplastic composite joints. Results have shown that, when using features extracted with autoregressive models, the accuracy of the machine learning model improves by at least 72.5 percent. Secondly, ultrasonic image data is used to construct an automatic weld diagnostic system. The proposed framework resulted in a lightweight model capable of performing classification with over 99 percent accuracy. Finally, simulation data was used to create a deep learning model for estimating the severity of corrosion-like defects in pipelines. R2 results superior to 0.99 were achieved.
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[pt] COMPARANDO ULTRASSOM E SHEAROGRAFIA COMO FERRAMENTAS PARA MONITORAR E PREVER A PROPAGAÇÃO A LONGO PRAZO DE DANOS EM REPAROS COMPÓSITOS EM TUBOS / [en] COMPARING ULTRASOUND AND SHEAROGRAPHY INSPECTIONS AS METHODS TO MONITOR AND PREDICT LONG-TERM DAMAGE PROPAGATION OF COMPOSITE PIPELINE REPAIRS

BRUNO JORDAO LOPES 30 October 2023 (has links)
[pt] A integridade de tubulações é um dos aspectos-chave para a operação segura e eficiente das estruturas offshore. Falhas em tubulações podem resultar em consequências econômicas e ambientais significativas, tornando a gestão da integridade de tubulações uma prioridade importante para a indústria. Uma das ferramentas mais eficazes para gerenciar tubulações em serviço é através de testes não destrutivos (NDT, na sigla em inglês). Neste estudo, inspeções de ultrassom e shearografia foram realizadas em tubulações metálicas com reparos compósitos ao longo de aproximadamente dois anos e seus resultados foram comparados. As amostras de tubos de aço com reparos compósitos foram submetidas a pouco mais de 13.500 horas de envelhecimento acelerado por névoa salina, em três diferentes temperaturas. As amostras foram removidas das câmaras de névoa salina em intervalos regulares e inspecionadas usando aparelhos de inspeção em campo. Os resultados mostraram que ambas as técnicas forneceram resultados consistentes entre cada inspeção, embora nem sempre fossem consistentes entre si. Mapas comparando as detecções e a precisão de cada técnica foram fornecidos. A viabilidade de cada técnica como ferramenta de campo para monitorar a integridade das tubulações também foi avaliada com resultados positivos. Além disso, uma metodologia de Arrhenius modificada foi proposta como um primeiro passo para prever a propagação de danos a longo prazo. / [en] Pipeline integrity is one of the key aspects for safe and efficient operation of offshore structures. Pipeline failures can result in significant economic and environmental consequences, making pipeline integrity management a top priority for the industry. One of the most effective tools for managing in-service pipelines is non-destructive testing (NDT). In this study, ultrasound and shearography inspections were performed on composite pipeline repairs over the course of approximately two years and their results were compared. The test samples evaluated were steel pipes with composite repairs and were submitted to just over 13,500 hours of salt-spray accelerated ageing, under three different temperatures. Test samples were removed from the salt-spray chambers at regular intervals and inspected by using field inspection apparatus. The results showed that both techniques provided consistent results between each inspection, although not always being consistent with each other. Maps comparing detections and accuracy of each technique were provided. The feasibility of each technique as a field tool for monitoring pipeline integrity was also evaluated with positive results. Furthermore, a modified Arrhenius methodology was proposed as a first step towards predicting long-term damage propagation.
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[en] INDICATION AND MEASUREMENT OF CRACKS APPLYING TRADITIONAL AND ADVANCED NON-DESTRUCTIVE TESTING TECHNIQUES / [pt] INDICAÇÃO E DIMENSIONAMENTO DE TRINCAS APLICANDO TÉCNICAS TRADICIONAIS E AVANÇADAS DE ENSAIOS NÃO-DESTRUTIVOS

FELIPE MARTINS ROBALLO FERREIRA 07 March 2019 (has links)
[pt] Os Ensaios Não-Destrutivos são técnicas utilizadas na inspeção de materiais e equipamentos sem dano a integridade física, podendo ser executados nas etapas de pós-fabricação, montagem, operação e manutenção. São utilizados pela indústria como ferramenta de controle e garantia da qualidade de materiais, produtos e processos. Esta pesquisa teve como objetivo identificar trincas e estimar o seu comprimento em corpos de prova de aço DIN 42CrMo4, adotando diferentes técnicas de END. Os corpos de prova foram de um eixo virabrequim de um motor Diesel, utilizado como unidades geradora em usinas termoelétricas, que falhou por fadiga de baixo ciclo. Os corpos de prova foram projetados de acordo com as normas ASTM E1820, ASTM E1290 e ISO 15653, bem como adotando sugestões de inspetores de ultrassom quanto a uma geometria que otimizasse a eficiência das medições. Subsequente ao trincamento dos corpos de prova em fadiga, os mesmos foram inspecionados com o emprego das técnicas de Radiografia Digital (RD), Ultrassom Phased Array (UT-PA), métodos Pulso-Eco (PE) e Time os Flight Diffraction (TfOD), e Tomografia Computadorizada (TC). Em sequência, os corpos de prova foram fraturados com o uso de uma carga em flexão e nitrogênio liquido, o que permitiu a medição real dos comprimentos das trincas. As técnicas de UTPA, RD e TC indicaram tamanhos de trincas próximos entre si. Nos métodos de PE e ToFD, de UT-PA, se observou que a indicação das trincas sofre influência da distancia entre o cabeçote do equipamento e a posição da trinca. Em trincas menores, essa influência é mais acentuada, levando a uma medição errônea do comprimento da trinca. A técnica de RD apresentou um bom resultado da medida lateral da trinca, porem foi necessário um processamento digital da imagem para obtenção de melhores resultados, explicado devido a sensibilidade do ensaio à geometria do corpo de prova e da densidade do material utilizado. Já a TC apresentou imagens melhores e medidas de trinca similares se comparada com a RD, o que pode influenciar em outros tipos/dimensões de defeitos. Em compensação, sofre mais influencia do volume de material presente no entorno do defeito, o que impossibilitou a detecção de defeitos em algumas amostras. / [en] Non-Destructive Testing (NDT) are techniques applied to materials and equipment inspection without integrity degradation and can be performed in the post-manufacture, assembly, operation and maintenance stages. Those techniques are used by the industry to control a guarantee the quality of materials, products and processes. The aim of this research was to identify cracks and estimate their length on DIN 42CrMo4 steel specimens adopting different NDT techniques. The material to the test specimen was taken from a crankshaft of a Diesel engine, utilized as generating units in thermoelectric power plant, which has failed due to low cycle fatigue. The test specimen were designed according to ASTM E1820, ASTM E1290 and ISO 15653 standards, as well as suggestions made by NDT inspectors for a geometry that optimized the efficiency of the measurement. Subsequent to the fatigue induced crack on the specimens, they were inspected using, Digital Radiography (RD), Phased Array Ultrasound (UT-PA), Pulse-Echo (PE) and Time of Flight Diffraction (ToFD) methods, and Digital Tomography (TC). The specimens were then fractured with a bending load and liquid nitrogen, which allowed the measurement of the real crack length. UT-PA, PE and ToFD, and RD techniques showed a closer estimate crack size among then. It was observed that both UT-PA methods, PE and ToFD, presented an influence of the distance between the equipment head and the crack position, on the crack measurement. This was more pronounced in smaller cracks, leading to an erroneous measurement of the crack length. The RD technique presented a good a good result of lateral crack length, but a good digital image processing was necessary to obtain these results, explained by the sensitivity of the test to the geometry to the geometry of the specimen and to the material density. TC presented better imaging and similar lateral crack lengths when compared to RD, which could influence the detection of other types/dimensions of defects. In contrast, it is more influenced by the volume of material around the object, which made it impossible to detect defects in some samples.

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