Extensos estudos realizados nas últimas décadas sobre a propagação de ondas ultrassônicas em sólidos levaram ao desenvolvimento de técnicas não destrutivas para a avaliação da segurança e integridade de estruturas e componentes industriais. O interesse na aplicação de técnicas ultrassônicas para medição de tensões aplicadas e residuais decorre da mudança mensurável da velocidade das ondas ultrassônicas na presença de um campo de tensões, fenômeno conhecido como efeito acustoelástico. Uma teoria de acustoelasticidade fornece um meio atrativo e não destrutivo de medir a tensão média ao longo do caminho percorrido pela onda. O estudo da propagação das ondas ultrassônicas em meios homogêneos anisotrópicos sob tensão conduz a um problema não linear de autovalores dado pela equação de Christoffel generalizada. A característica não linear deste problema decorre da interdependência entre as constantes elásticas efetivas do material e as tensões atuantes. A medição experimental de tensões por técnicas ultrassônicas é um problema inverso da acustoelasticidade. Esta dissertação apresenta a implementação de um algoritmo numérico, baseado no método proposto por Degtyar e Rokhlin, para solução do problema inverso da acustoelasticidade em sólidos ortotrópicos sujeitos a um estado plano de tensões. A solução da equação de Christoffel generalizada apresenta dificuldades de natureza numérica e prática. A estabilidade e a precisão do algoritmo desenvolvido, bem como a influência das incertezas na medição experimental das velocidades das ondas ultrassônicas, foram então investigadas. Dados sintéticos para as velocidades das ondas ultrassônicas de incidência oblíqua em uma placa sujeita a um estado plano de tensões foram gerados pela solução direta da equação de Christoffel generalizada para ilustrar a aplicação do algoritmo desenvolvido. O objetivo maior desta dissertação é a disponibilização de uma nova ferramenta de cálculo para suporte às atividades experimentais de medição de tensões por ultrassom no país. / Extensive studies carried out in the last decades on the propagation of ultrasonic waves in solids led to the development of nondestructive techniques for the assessment of the safety and integrity of industrial structures and components. The interest in the application of ultrasound techniques for stress measurement for example comes from the measurable change in the speed of the ultrasonic elastic waves in the presence of a stress field, a phenomenon known as acoustoelastic effect. An acoustoelastic theory provides an attractive way of non-destructively measuring the average stress along the waves path. The study of the propagation of ultrasonic waves in homogenous anisotropic bodies under stress leads to a nonlinear eigenvalue problem given by the generalized Christoffel equation. The nonlinearity characteristic of the problem derives from the interdependence between the materials effective elastic constants and the acting stresses. The experimental measurement of stresses using ultrasound techniques is an inverse problem of acoustoelasticity. This dissertation presents the implementation of a numeric algorithm, based on the method proposed by Degtyar and Rokhlin, for solution of the inverse problem of acoustoelasticity in orthotropic solids subjected to a plane stress state. The solution of the generalized Christoffel equation poses difficulties of numerical and practical order. The stability and precision of the algorithm developed, as well as the influence of the experimental uncertainties in the measurement of the speed of the ultrasonic waves, were thus investigated. Synthetic data for the speeds of ultrasonic waves of oblique incidence in a plane-stress plate were generated to illustrate the application of the algorithm developed. The main objective of this dissertation is to make available in the country a new numerical tool to support the use of ultrasonic waves for experimental stress analysis.

Extensos estudos realizados nas últimas décadas sobre a propagação de ondas ultrassônicas em sólidos levaram ao desenvolvimento de técnicas não destrutivas para a avaliação da segurança e integridade de estruturas e componentes industriais. O interesse na aplicação de técnicas ultrassônicas para medição de tensões aplicadas e residuais decorre da mudança mensurável da velocidade das ondas ultrassônicas na presença de um campo de tensões, fenômeno conhecido como efeito acustoelástico. Uma teoria de acustoelasticidade fornece um meio atrativo e não destrutivo de medir a tensão média ao longo do caminho percorrido pela onda. O estudo da propagação das ondas ultrassônicas em meios homogêneos anisotrópicos sob tensão conduz a um problema não linear de autovalores dado pela equação de Christoffel generalizada. A característica não linear deste problema decorre da interdependência entre as constantes elásticas efetivas do material e as tensões atuantes. A medição experimental de tensões por técnicas ultrassônicas é um problema inverso da acustoelasticidade. Esta dissertação apresenta a implementação de um algoritmo numérico, baseado no método proposto por Degtyar e Rokhlin, para solução do problema inverso da acustoelasticidade em sólidos ortotrópicos sujeitos a um estado plano de tensões. A solução da equação de Christoffel generalizada apresenta dificuldades de natureza numérica e prática. A estabilidade e a precisão do algoritmo desenvolvido, bem como a influência das incertezas na medição experimental das velocidades das ondas ultrassônicas, foram então investigadas. Dados sintéticos para as velocidades das ondas ultrassônicas de incidência oblíqua em uma placa sujeita a um estado plano de tensões foram gerados pela solução direta da equação de Christoffel generalizada para ilustrar a aplicação do algoritmo desenvolvido. O objetivo maior desta dissertação é a disponibilização de uma nova ferramenta de cálculo para suporte às atividades experimentais de medição de tensões por ultrassom no país. / Extensive studies carried out in the last decades on the propagation of ultrasonic waves in solids led to the development of nondestructive techniques for the assessment of the safety and integrity of industrial structures and components. The interest in the application of ultrasound techniques for stress measurement for example comes from the measurable change in the speed of the ultrasonic elastic waves in the presence of a stress field, a phenomenon known as acoustoelastic effect. An acoustoelastic theory provides an attractive way of non-destructively measuring the average stress along the waves path. The study of the propagation of ultrasonic waves in homogenous anisotropic bodies under stress leads to a nonlinear eigenvalue problem given by the generalized Christoffel equation. The nonlinearity characteristic of the problem derives from the interdependence between the materials effective elastic constants and the acting stresses. The experimental measurement of stresses using ultrasound techniques is an inverse problem of acoustoelasticity. This dissertation presents the implementation of a numeric algorithm, based on the method proposed by Degtyar and Rokhlin, for solution of the inverse problem of acoustoelasticity in orthotropic solids subjected to a plane stress state. The solution of the generalized Christoffel equation poses difficulties of numerical and practical order. The stability and precision of the algorithm developed, as well as the influence of the experimental uncertainties in the measurement of the speed of the ultrasonic waves, were thus investigated. Synthetic data for the speeds of ultrasonic waves of oblique incidence in a plane-stress plate were generated to illustrate the application of the algorithm developed. The main objective of this dissertation is to make available in the country a new numerical tool to support the use of ultrasonic waves for experimental stress analysis.