Orientador: Auteliano Antunes dos Santos Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-28T12:03:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PereiraJunior_Paulo_D.pdf: 3933527 bytes, checksum: ce6440b45089eda939114fc7869bdc4d (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: As técnicas não destrutivas que utilizam ondas ultrassônicas para avaliação de tensões mecânicas se destacam pela sua simplicidade e baixo custo. A medição de tensão por ultrassom utiliza o princípio da acustoelasticidade que relaciona a variação da velocidade de ondas elásticas com a variação da tensão no material. Entretanto, não apenas a tensão influencia a velocidade de onda, mas também a microestrutura do material inspecionado. A influência da microestrutura pode levar a erros de medição de tensão. O objetivo deste trabalho é verificar a viabilidade da utilização de imagens ultrassônicas para avaliar o efeito de variações microestruturais na velocidade da onda ultrassônica longitudinal criticamente refratada (Lcr) utilizada na medição de tensões. As imagens são geradas a partir de sinais obtidos por uma sonda de transdutores estratificados (array) ultrassônicos e aplicando a técnica Total Focusing Method (TFM). Os sinais obtidos com o array contêm reflexões causadas pela microestrutura granular do material que resultam em um ruído no sinal conhecido como ruído de grão. Por esta razão, os sinais e consequentemente a imagem formada contêm informação acerca da microestrutura do material. Neste trabalho foram verificadas as relações entre tamanho e forma de grão, velocidade de onda e intensidade de ruído em imagens de TFM para amostras de aço ASTM A36. A influência da tensão e temperatura nas imagens ultrassônicas também foi analisada. Os resultados mostraram que assim como a velocidade de onda, a intensidade do ruído de grão nas imagens de TFM também sofre influência do tamanho e forma do grão do material. Entretanto, não foram verificadas variações significativas no ruído de grão em função da tensão aplicada e temperatura. Sendo a intensidade do ruído de grão nas imagens sensível somente às variações microestruturais do material, a técnica pode ser empregada para corrigir valores de velocidade de onda para medições de tensão. No trabalho também é proposto um modelo matemático para obtenção de imagens de TFM para uma dada distribuição de grãos. Os resultados obtidos com o modelo mostraram boa concordância qualitativa com os dados experimentais para a frequência de 2,5 MHz / Abstract: Non-destructive techniques using ultrasonic waves to evaluate stresses excel for exhibiting simplicity and low cost. Stress evaluation by ultrasound applies the acoustoelastic theory that relates the variation in velocity of elastic waves with the variation in stress in the material. However, not only stress has influence in wave velocity, but also the microstructure of the specimen being evaluated. The microstructure influence can lead to errors in the stress measurement. The aim of this work is to verify the feasibility of using ultrasonic images to evaluate the effect of microstructural variations in the velocity of longitudinal critically refracted waves (Lcr) used in stress measurements. The images are generated from signals obtained with a probe of ultrasonic array applying the Total Focusing Method (TFM). The signals recorded using the array contain reflections caused by the granular structure of the material that creates a noise in the signal known as grain noise. For this reason, the signals and consequently the images formed carry information about the material¿s microstructure. In this work, it was verified the relations between size and shape of grains, wave velocity and noise intensity in TFM images for samples of ASTM A36 steel. The influence of stress and temperature in the ultrasonic images was also verified. The results showed that as for the wave velocity, the grain noise intensity in TFM images are also influenced by size and shape of grains that constitute the material under inspection. Nevertheless, no significant variations were seen in the noise intensity due to the applied stress or temperature changes. Being the noise intensity of the images sensitive only to microstructural variations, the technique presented can be used to correct values of ultrasonic wave speed in the stress evaluations. In this work, it is also proposed a mathematical model to obtain TFM images for a given distribution of grains. The results showed qualitative good agreement between simulated and experimental data for the frequency of 2,5 MHz / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Auteliano Antunes dos Santos Júnior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T07:24:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Buenos_AlexandreAparecido_D.pdf: 36097019 bytes, checksum: d270fa6d123f9a141621191306944498 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Um método alternativo para a medição das tensões em componentes em serviço emprega o ultrassom, utilizando ondas longitudinais criticamente refratadas (LCR) e a teoria acustoelástica. Este método é influenciado por diversos fatores, dentre os quais os ligados à microestrutura do material, ainda não modelados. Este trabalho avalia a influência da microestrutura do material na velocidade de propagação das ondas LCR. Foram estudados os efeitos do tamanho dos grãos e da orientação preferencial dos grãos (textura) do material. Para isso, foram ensaiadas amostras de aço carbono de média resistência ASTM A36, laminadas, utilizadas em componentes estruturais. Parte das amostras foi tratada termicamente para crescimento dos grãos em temperaturas variadas, o que permitiu obter diferentes tamanhos de grão. Outras amostras foram utilizadas como recebidas para estudo do efeito da textura do material. O trabalho mostra que ambos, o tamanho dos grãos e a textura, têm efeito sobre a propagação das ondas LCR. Os resultados mostraram um aumento na variação do tempo de percurso médio (?TOF) das ondas LCR com o aumento do diâmetro dos grãos austeníticos médios (DGAM). Como consequência, houve uma diminuição na variação da velocidade da onda LCR média (?VLCR) devido ao aumento do DGAM. Os resultados mostraram também o efeito da direção de laminação (DL) na propagação das ondas LCR, mostrando que o tempo de percurso (TOF) é maior na direção de laminação (DL) do que na direção transversal à laminação (DT). Isso é atribuído ao alongamento dos grãos devido ao processo de laminação. O efeito da textura do material foi associado ao desvio padrão (DP) encontrado e ainda representa um desafio para o emprego do método em aços com orientação cristalográfica pouco definida. Tais resultados permitem direcionar as pesquisas atuais sobre o assunto para o desenvolvimento de técnicas que minimizem os efeitos dos fatores de influência estudados / Abstract: Critically refracted longitudinal waves (LCR) and the acoustoelastic theory can be an interesting alternative for measuring stress in components in service. This method is influenced by several factors, among which the ones linked to the material microstructure, not modeled yet. This work evaluates the influence of material microstructure on the LCR waves speed. The effects of grain size and preferred grain orientation (texture) of the material were studied. We tested samples of carbon steel ASTM A36 of medium strength, made from rolled plates, used in structural components. Part of the samples was heat treated for grain growth at various temperatures, generating different grain sizes. Other samples were used as received to study the effect of the material¿s texture. The work shows that both the grain size and texture affects the propagation of LCR waves. The results showed that the increase in variation of the mean time-of-flight (?TOF) of the LCR waves can be related to the increase of the mean austenitic grain diameter (DGAM). As consequence a decrease in the variation of the mean LCR wave speed (?VLCR) is linked to the increase in DGAM. The results also reveals the effect of the rolling direction (DL) in the propagation of LCR waves, showing that the time-of-flight (TOF) is greater in the DL direction than in the transverse direction to rolling (DT). This is attributed to the grain elongation due to the rolling process. The effect of texture was associated with the standard deviation (DP) found. This effect still represents a challenge to the employment of the method in steels with poorly defined crystallographic orientation. The results allow directing the current research on the subject to develop techniques that minimize the effects of influence factors studied / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica