Made available in DSpace on 2014-10-09T12:48:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09634.pdf: 20502766 bytes, checksum: d7ca137617708ba2e112264b734dcd6e (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:49:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:03:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09810.pdf: 7314670 bytes, checksum: 5232e1c4a6554def247601f9a049ba1f (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:53:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:09:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Este trabalho apresenta duas técnicas de ensaios não-destrutivos por ultra-som realizados em um tanque com água para determinar as constantes elásticas de materiais compostos de fibra de vidro/epóxi. A primeira técnica é a transmissão direta utilizando um par de transdutores. A segunda é a técnica de pulso-eco, utilizando um único transdutor. A água do tanque atua como um acoplante para transferir a energia mecânica do transdutor para a amostra. Como o transdutor não fica em contato direto com a amostra, pode-se garantir um acoplamento constante. O sistema de medição dota de um dispositivo que permite medir a velocidade da onda elástica sob diferentes ângulos de incidência, através da rotação manual da amostra. Devido ao fenômeno de conversão de modos com incidência oblíqua na interface amostra-água, ensaios por ultra-som em tanques com água fornecem as informações necessárias para o cálculo das constantes elásticas em amostras de materiais anisotrópicos, numa dada direção, a partir das medições das velocidades longitudinal e de cisalhamento. Numa dada direção de propagação em um meio anisotrópico, existem três ondas elásticas distintas: uma longitudinal e duas de cisalhamento. Se as constantes elásticas do material são conhecidas, é possível obter as três velocidades em uma dada direção bastando resolver a equação de Christoffel. Invertendo a equação de Christoffel, obtém-se as constantes elásticas a partir das velocidades medidas em uma dada direção. Os experimentos são realizados com amostras de fibra de vidro/epóxi unidirecionais e bidirecionais, utilizando transdutores com freqüências de 0,5 MHz, 1 MHz e 2,25 MHz. Os resultados experimentais obtidos utilizando ambas as técnicas são comparados com um modelo denominado “Regra das Misturas” e com resultados da literatura. / In this work, two ultrasonic non destructive techniques were implemented in a water tank and used to determine the elastic constants of glass-epoxy composites samples. The first is the through-transmission technique implemented with a pair of ultrasonic transducers. The second is the back-reflection technique that uses a single transducer in pulse-eco mode. The water acts as a couplant and transfers the mechanical energy from the transducer to the sample. As the transducer is not in direct contact with the sample, we can guarantee a good coupling with the immersion technique. With the system device, it is possible to measure the velocities of the elastic waves in different angles by manually rotating the sample. Due to wave mode conversion phenomenon at the sample-water interface with oblique incidence, ultrasonic immersion testing provides information to calculate the elastic constants of the specimen by measuring longitudinal and shear wave speeds. There are three different modes of waves, one longitudinal and two shear waves, for any given direction of propagation in an anisotropic medium. If the elastic constants of a medium are known, it is possible to obtain the three wave speeds in particular propagations directions by solving the Christoffel equation. Inverting the Christoffel equation, it is possible to obtain the elastic constants from the measured wave speed in several specific directions of the anisotropic material. Measurements were carried out on unidirectional and bidirectional glass-epoxy composite samples, using transducers with central frequency of 0.5 MHz, 1 MHz, and 2.25 MHz. The experimental results obtained with both techniques are compared with a model denominated “Rule of Mixture” estimation and with the literature.

No presente trabalho se estuda a correlação de diferentes parâmetros de sinais de Ruído Magnético de Barkhausen (RMB) e de fluxo magnético com o comportamento elastoplástico em chapas de aço carbono, visando à aplicação dos resultados como técnica de Ensaio Não-Destrutivo. Comprovou-se que o comportamento de parâmetros como a energia (RMBenegia), o valor quadrático médio(RMBrms) e a envolvente dos sinais de RMB com os diferentes estados elastoplásticos do material resultou fortemente dependente da anisotropia de laminação, quantidade de Carbono e fases, gerados no processo de produção das chapas. Como novidade introduziu-se o parâmetro chamado de Área em baixo da curva da distribuição de pulsos do sinal de Barkhausen. A evolução deste parâmetro com a deformação identificou com boa aproximação a região de transição elasto-plástica do material. Harmônicos não lineares (HNL) do fluxo magnético apresentaram uma melhor correlação com a anisotropia do que com os estados elasto-plásticos do material, mas com alta dependência ao acoplamento sonda-amostra. Enquanto que o RMB apresentou elevados níveis de reprodutibilidade. Propriedades mecânicas e comportamentos característicos de ensaios de tração em regime discreto e contínuo foram reproduzidos e identificados com um alto grau de aproximação pelo RMB e os HNL. Outros métodos magnéticos e não magnéticos usados neste trabalho não apresentaram níveis altos de sensibilidade às mudanças microestruturais devido às deformações elasto-plásticas no material, no entanto o RMB e os HNL identificaram tais mudanças microestruturais dando margem a novas soluções nos campos de ensaio e inspeção não-destrutivos. / The present work studies the relationship between different parameters of the Magnetic Barkhausen Noise (MBN) and non-linear harmonics of the magnetic flux signals (NLH) with the elastic-plastic behavior in carbon steel plates, in an effort to use the results as a non-destructive testing technique. MBN parameters such as the envelope of the MBN signal, and the scalar parameters MBNenergy, MBNrms were found to be highly dependent on the lamination processes, carbon content and phases originated during the fabrication of the samples. A new parameter entitled area under the MBN jump distribution was defined. The behavior of this parameter as strain evolved provided a good approximation of the elastic-plastic transition region. Non-linear harmonics offered a good correlation with both anisotropy and the elasticplastic states of the material, nevertheless depending heavily on the sensor coupling with the sample surface, while at the same time MBN provided good reproducibility. The characteristic behavior as well as the mechanical properties obtained from discrete and continuous tensile strength tests were reproduced by both MBN and HNL. Other magnetic and non-magnetic methods did not show the same level of sensibility to microstructure changes due to elastic-plastic strains when compared to the results obtained using MBN and HNL, giving room to new solutions in the nondestructive inspection and testing fields.

Orientadores: Antonio Celso Fonseca de Arruda, Roberto de Alencar Lotufo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T16:25:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maschio_Celio_M.pdf: 7517102 bytes, checksum: b541bb4f611106b935e681d6189f03a7 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: A tomografia computadorizada de raios-x tem extrapolado a área médica e ganhado campo em inúmeras aplicações onde se faz necessária a interpretação (qualitativa e quantitativa) da estrutura interna de um material opaco, sem destruí-lo. O presente trabalho demonstra a aplicação desta técnica em ensaios não destrutivos, utilizando-se amostras de materiais e componentes de diferentes densidades e geometrias, com defeitos simulados e reais, ensaiados em tomógrafos médicos. Demonstra-se, também, o uso da técnica na caracterização de filtros eletroquímicos usados para remoção de agentes contaminantes (no caso, zinco) de efluentes industriais. Foram usadas técnicas de processamento digital de imagens (sistema Khoros) para a caracterização dos defeitos encontrados, através da medida do coeficiente de atenuação do material em regiões de interesse, e por meio do cálculo de parâmetros dimensionais tais como área e perímetro. Foram aplicadas operações de filtragem matemática para a correção do efeito de endurecimento de feixe, verificado nas imagens de materiais metálicos, sobretudo no alumínio. Devido à sua natureza qualitativa e quantitativa, a tomografia computadorizada de raios-x demonstrou ser uma ferramenta promissora em ensaios não destrutivos de materiais. Este trabalho demonstra e reforça sua aplicabilidade através do uso de processamento digital de imagens / Abstract: X-ray computed tomography (XCT), originally developed for medical purposes is becoming increasingly applied to several applications where it is necessary the interpretation of the internal structure of an object nondestructively. The present work shows the application of this technique to nondestructive testing using materiaIs and components of different density and geometry, with simulated and real defects tested in a medical scanner. Characterization of electrochemical filters used to remove contamination agents (in this case, zinc) in industrial effluents, by XCT technique is also described. Digital image processing have been used (software Khoros) for defects characterization, determining the attenuation coefficient in regions of interest and measuring parameters like area and perimeter. Digital filtering operations have been applied for beam hardening correction in metallic materiaIs images, mainly aluminum. Due its qualitative and quantitative nature, XCT technique established to be a promising tool of nondestructive materiaIs evaluation and this work emphasizes its applicability through digital image processing / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:48:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09634.pdf: 20502766 bytes, checksum: d7ca137617708ba2e112264b734dcd6e (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:49:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:03:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09810.pdf: 7314670 bytes, checksum: 5232e1c4a6554def247601f9a049ba1f (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:53:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:09:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / No presente trabalho foi desenvolvida uma técnica radiográfica para a inspeção de amostras finas, que emprega feixes de partículas - ? como radiação penetrante e, detectores de traços nucleares de estado sólido para o registro da imagem. O feixe é gerado em uma tela de boro natural quando irradiada com nêutrons térmicos e o detector utilizado foi o CR-39. A interação das partículas - ? com o detector geram danos, os quais sob a ação de uma solução química adequada transformam-se em traços, as unidades básicas formadoras da imagem. Foi desenvolvido um sistema digital próprio para a aquisição, análise e processamento dos dados e das imagens registradas nos detectores. As condições ótimas de irradiação e de revelação para a obtenção de uma radiografia são 1,3 horas e 25 minutos a 70°C, respectivamente. Nestas condições a técnica é capaz de analisar amostras com até 10?m de espessura, com uma resolução espacial de 32?m. O emprego do sistema digital permitiu uma redução significativa no tempo despendido para a aquisição e análise de dados e, uma melhoria na visualização das imagens radiográficas registradas. Além disto permitiu acesso a novos dados referentes aos traços registrados, o que abriu novas perspectivas de pesquisa pois, tem-se acesso aos parâmetros fundamentais que norteiam a teoria da formação da imagem em detectores de traços nucleares utilizada neste trabalho. São apresentadas algumas radiografias que demonstram a potencialidade da técnica desenvolvida. Quando comparada com as outras técnicas radiográficas usuais, empregadas para inspecionar amostras finas, a desenvolvida no presente trabalho permite um menor tempo para a obtenção da imagem, não é necessário a manipulação de materiais radioativos líquidos e, o filme empregado é praticamente insensível às radiações ?, ?, raios - X e luz visível. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / In this work a procedure is studied for pattern classification related to different types of data, namely: (1) signals obtained from ultrasonic testing ( pulse-echo technique) and magnetic signals obtained from BarkhÃusen noise in samples of ferritic-pearlitic carbon steel tubes which, due to temperature effects, have shown microstructural changes as consequence of the total or partial transformation of the pearlite into spherodite; (2) images built from TOFD ultrasonic testing and 8 bit digital radiographic images obtained from carbon steel 1020 sheets, with different welding defects. From the data obtained, images have been considered with the defects as lack of fusion, lack of penetration, porosity and images without defect. For this aim, non-conventional mathematical techniques have been used for the preprocessing of the data, namely, the statistical analyses, Hurst analysis (RSA) and detrended fluctuation analysis (DFA), and fractal analyses, box counting analysis (BCA) and minimal cover analysis (MCA). The curves obtained with the initial mathematical treatment, discrete functions of the temporal window width, have been handled with the supervised and non-supervised pattern recognition techniques known as principal component analysis and Karhunen-LoÃve (KL) transformation analysis respectively. With respect to the magnetic signals, the KL classifier has been shown to be very efficient when applied to DFA obtained from the magnetic flux, with a success rate around 94%. On the other hand, for the magnetic noise signals we have not obtained an acceptable success rate independently of the pre-processing used. However, when were considered the curves obtained by concatenating all curves of the pre-processing was obtained a consistent average success rate of 85%. As far as the rate of success of the PCA classifier is concerned, an excellent success of 96% has been reached for concatenated curves of selected data of magnetic noise only. As far as the analyses of the backscattered ultrasonic signals is concerned, it was not possible to classify the different stages of the microstructural degradation by using KL or PCA independently of the pre-processing used. As far as the analyses of the D-scan images are concerned, by applying PCA a rate of success of 81% has been obtained with MCA data, 73% has been obtained by concatenating all curves from the different fractal and statistical analyses and around 85% when concatenating the best individual results (DFA and MCA). On the other hand, considering the KL classifier, high success rates have been verified for the training stage, between 96% and 99%, and a maximum success rate (100%), when concatenating all analyses. With respect to the testing results, the best success rate which has been reached was approximately 77%, when concatenating all the curves obtained from the statistical and fractal pre-processing. For the digitalized radiographic images, relevant individual rates of success (between 70% and 90%) for the training set (consisting of all data) have been obtained for the classifier KL only, and a 100% success rate, when concatenating all the curves obtained from the pre-processing of the images. / Neste trabalho estudou-se uma metodologia de classificaÃÃo de padrÃes relacionados a dois tipos de dados: (1) sinais obtidos atravÃs dos ensaios ultrassÃnicos (tÃcnica pulso-eco) e sinais magnÃticos obtidos atravÃs de ruÃdo Barkhausen realizados em amostras de tubos de aÃo carbono ferrÃtico-perlÃtico que devido aos efeitos da temperatura de trabalho apresentaram mudanÃas microestruturais decorrentes da transformaÃÃo parcial ou total da perlita em esferoiditas; e (2) imagens construÃdas a partir de ensaios ultrassÃnicos (tÃcnica TOFD) e imagens radiogrÃficas digitais de chapas de aÃo carbono 1020 soldadas, obtidas com resoluÃÃo de 8bits, nas quais foram inseridos diversos tipos de defeitos de soldagem. Dos dados gerados, foram estudadas as imagens com os defeitos de falta de fusÃo (FF), falta de penetraÃÃo (FP), porosidade (PO) e uma classe designada como sem defeito (SD). Para tanto, utilizaram-se de tÃcnicas matemÃticas nÃo convencionais no prÃ-processamentos dos dados conhecidas como anÃlises estatÃsticas de Hurst (RSA) e flutuaÃÃo sem tendÃncia (DFA) e as anÃlises fractais de contagem de caixas (BCA) e de mÃnima cobertura (MCA). Em seguida as curvas obtidas desse tratamento matemÃtico inicial, funÃÃes discretas da largura da janela temporal, foram utilizadas na alimentaÃÃo das tÃcnicas de reconhecimento de padrÃes nÃo supervisionada e supervisionada conhecidas, respectivamente, como anÃlise de componentes principais (PCA) e anÃlise da transformaÃÃo de Karhunen-LoÃve (KL). Em relaÃÃo aos estudos dos sinais magnÃticos, o classificador KL mostrou-se eficiente quando aplicado Ãs DFA do fluxo magnÃtico, com uma taxa de sucesso em torno de 94%. Jà para os sinais do ruÃdo magnÃtico nÃo se obteve uma taxa de sucesso aceitÃvel, independente do prÃ-processamento utilizado. Entretanto quando todas as curvas de todas as anÃlises, dos dois tipos de sinais magnÃticos (ruÃdo e fluxo), foram concatenadas, obteve-se uma taxa mÃdia de sucesso consistente de aproximadamente 85%. No tocante Ãs taxas de sucesso do classificador PCA, somente para o ruÃdo magnÃtico e considerando todas as curvas concatenadas para um grupo de dados selecionados, conseguiu-se uma taxa de sucesso de 96%. A respeito das anÃlises dos sinais ultrassÃnicos retroespalhados, tambÃm nÃo foi possÃvel classificar, nem com a KL e nem com a PCA, os diferentes estÃgios de degradaÃÃo microestrutural, independemente do prÃ-processamento utilizado. No tocante Ãs analises das imagens D-scan, obteve-se com a PCA, taxas de sucesso de 81% considerando apenas os dados das MCA, 73% quando as curvas de todas as anÃlises estatÃsticas e fractais foram concatenadas, e em torno de 85%, quando apenas as curvas das melhores anÃlises (DFA e MCA) foram concatenadas. Jà considerando o classificador KL, verificaram-se taxas de sucesso na etapa de treinamento, entre 96% e 99%, e mÃxima taxa de sucesso (100%) no caso dos vetores de todas as anÃlises concatenados. Em relaÃÃo aos resultados dos testes, a melhor taxa de sucesso alcanÃada foi aproximadamente de 77% quando se concatenaram todas as curvas oriundas dos prÃ-processamentos estatÃsticos e fractais. Com respeito Ãs imagens radiogrÃficas digitalizadas somente com o classificador KL (na etapa de treinamento, com 100% dos vetores) obtiveram-se taxas de sucesso individuais entre 70 e 90% de acertos e 100% de sucesso na classificaÃÃo quando se concatenaram as curvas de todos os prÃ-processamentos das imagens.