Os ensaios dinâmicos possuem grande importância na caracterização do comportamento das estruturas existentes, possibilitando determinar a freqüência natural, o amortecimento e a deformada modal, as quais constituem suas propriedades dinâmicas. Dessa forma, serão apresentadas a teoria fundamental e metodologia dos experimentos dinâmicos, uma visão histórica da evolução dos ensaios e suas aplicações. No final, será apresentado o estudo de um ensaio de vibração forçada em uma ponte metroviária de concreto protendido, bem como a realização de modelo com elementos finitos, visando sua convergência frente à estrutura real. A partir da análise dos resultados obtidos será possível inferir se a ponte apresenta o comportamento previsto em projeto.

Este trabalho apresenta um estudo sobre a inspecionabilidade dos furos da junção asa/stub das aeronaves das famílias EMB 145, EMB 170 e EMB 190. O estudo ée baseado nos métodos de avaliação não-destrutiva (NDE) utilizados pela Embraer. Os furos em questão neste trabalho são inspecionados pelo método de Eddy Current, sendo este o mesmo método utilizado na linha de produção da Embraer. Corpos-de-prova simulam a região da aeronave estudada em termos de espessuras e ligas de alumínio utilizadas para a fabricação das peças. Defeitos como ovalizações, marcas de ferramentas e riscos de tamanhos diversos são reproduzidos nos corpos-de-prova e inspecionados por Eddy Current. Os resultados das inspeções são comparados a requisitos técnicos de projeto e produção e, finalmente, são apresentadas as conclusões e considerações finais do trabalho.

Os objetivos deste trabalho foram caracterizar mecanicamente materiais compósitos obtidos pelo processo de pultrusão, identificar os danos provenientes do processo e de carregamentos mecânicos e analisar os mecanismos e progressão dos danos e conseqüente perda de rigidez do material devido à propagação dos danos. A primeira etapa consistiu em levantar as frações de volume de fibra por análise termogravimétrica e por queima da matriz. Com a finalidade de se identificar danos oriundos do processo, seguiram-se ensaios não destrutivos utilizando-se as técnicas de inspeção visual, rais X e ultrassom. foram identificados corpos de prova íntegros e com danos. Os danos, então, foram observados estufamentos do perfil, trincas, porosidades, bolhas e regiões ricas em resina. A partir dos corpos de prova íntegros, foi realizada a caracterização mecânica por meio de ensaios de tração, compressão e flexão. Posteriormente, corpos de prova de tração foram submetidos a variação de carregamento para identificação e análise dos danos. Nesta etapa, os danos observados foram deslocamento fibra/matriz, splitting, hackles e ruptura de fibra. Para compressão e flexão foram realizadas apenas análise dos modos de ruptura final. Em todas estas análises, utilizaram-se as técnicas de Microscopia Óptica e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Finalmente, para se analisar a perda de rigidez e o aumento da densidade de trincas foram ensaiados adicionalmente corpos de prova de tração submetidos a diferentes níveis de carregamento em relação à tensão de ruptura final. Os materiais utilizados neste trabalho foram fibra de vidro E/resina poliéster e fibra de vidro E/resina estervinílica.

A utilização de materiais compósitos tem aumentado em alguns setores, principalmente no setor aeroespacial, pois este tipo de material alia alta resistência e leveza. No processo de fabricação podem ocorrer falhas e com isso são geradas descontinuidades nos materiais produzidos. O surgimento desse tipo de problema leva à necessidade de inspeção dos produtos fabricados. O ultrassom entra como ferramenta de avaliação do dano, capaz de constatar por meio de seus mapas qual é a extensão do dano, possibilitando a obtenção do raio equivalente. O trabalho correlaciona resultados obtidos em ensaios de ultrassom com ensaios de compressão após impacto, com dois critérios de falha: Whitney-Nuismer e Mar-Lin. Foram utilizados dois tipos de laminados com duas diferentes espessuras, que foram fabricados com laminado tipo tecido. Os resultados foram baseados nos dois critérios de falha utilizados, Whitney-Nuismer e Mar-Lin, e comparados com os resultados dos ensaios experimentais de ultrassom e compressão realizados. A proposta de utilização dos métodos para estimar a resistência residual das placas apresenta bons resultados, podendo ser utilizado em campo para avaliação de peças danificadas.

Laser ultrasonics is an all-optical non-destructive testing technique which employs ultrasonic waves as a means of ascertaining the internal part of an opaque material (for light). The difference from a conventional ultrasonics testing technique relies on the generation and detection of these waves which, in the laser ultrasonics technique, is performed by a laser pulse and an optical detector of ultrasound, respectively. This technique is employed in the aerospace and aeronautics industry for flaw detection or material characterization, since it is couplant free, non-contact and remote from the inspected object. The high cost and complexity of a commercial laser ultrasonics system, however, led to the development in this work, of an intensity-modulated fiber optic sensor to be employed as the optical detector of a laser ultrasonics system. This fiber optic sensor is capable to detect angular displacement in the range of microradians and presents high sensitivity, optical fiber compatibility, wide bandwidth and, furthermore, is simple to assembly and low cost. The fiber optic sensor comprises two optical fibers, a positive lens, a reflective surface, a laser, and a photodetector. A mathematical model was developed to determine and simulate the static characteristic curve of the sensor and to analyze the influence of geometrical parameters in its performance. Different sensor configurations were assembled and experimental static characteristic curves were acquired to validate the mathematical model. The normalized sensitivity, for the configurations tested, ranges from (0.25×Vmax) to (2.40×Vmax) mV/?rad and the linear range, from 194 to 1840 ?rad. Regarding an specific sensor configuration (the sensor 4/4) with reflective surface of 100% of reflectivity, the sensor presented an unnormalized sensitivity of 7.7 mV/?rad, an estimated resolution of approximately 1 ?rad and signal-to-noise ratio of 32 dB. The sensor was tested on the dynamic operation for sound and ultrasound detection and, finally as the optical detector of the complete laser ultrasonics system developed in this work. The sensor also proved to be suitable for time-of-flight measurements and nondestructive testing, being an alternative to the piezoelectric or the interferometric detectors.

O trabalho tem como objetivo caracterizar os materiais de rodas ferroviárias em temperatura ambiente, analisar seu comportamento na temperatura crítica de trabalho e estudar os defeitos oriundos do aquecimento. Foram utilizados três aços dos mais empregados atualmente na categoria de carga do modal ferroviário mundial: dois conforme a norma ferroviária americana AAR M-107 (Classe C e Classe C microligado) e um que atende à norma europeia BS EN 13262 (Grau ER7). A caracterização dos materiais deu-se por meio de ensaios destrutivos de tensão residual, tração, impacto, dureza e tenacidade à fratura. Com objetivo de elaborar a análise estrutural foram empregadas técnicas de microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV-EDS/EDX) e difração de raios X (DRX). Para determinar a temperatura crítica de trabalho, foram utilizados relatórios de ferrovias nacionais e simulação de frenagem por elementos finitos. A análise na temperatura crítica é realizada por ensaios de tração nas temperaturas de 300C, 400C, 500C. A redução da resistência mecânica é aplicada direta ou indiretamente nos defeitos de: desgaste côncavo (hollow wear), escamação (shelling), lascamento (spalling), destacamento de material (shattered rim), chato (slid flat), fenda vertical (vertical split) e trincas térmicas (thermal cracks).

O módulo de elasticidade do concreto é uma propriedade muito importante para o projeto estrutural. Apesar do comportamento tensão-deformação não linear do concreto, uma estimativa adequada desta propriedade é fundamental para a análise estrutural, avaliação de efeitos de segunda ordem e verificações de deslocamentos. Em especial, o módulo de elasticidade dinâmico é uma propriedade muito importante na análise de vibrações excessivas. Todavia, sua determinação é tipicamente feita a partir do módulo de elasticidade estático. Os códigos normativos usualmente apresentam equações para estimativas do módulo de elasticidade estático a partir da resistência do concreto à compressão, densidade e tipo de agregado utilizado. Logo, outra limitação de tais estimativas é a não consideração de características da zona de transição além do tipo, fração volumétrica e dimensão dos agregados empregados na mistura. Por outro lado, a teoria dos materiais compósitos multifásicos permitiu, nos últimos tempos, o avanço dos modelos de previsão das propriedades do material. Portanto, o entendimento isolado do comportamento da pasta, areia, brita, argamassa e zona de transição é importante para a previsão do comportamento do compósito concreto. Desta forma, utilizou-se do ensaio acústico para a caracterização de variadas dosagens de pasta, argamassa, rocha e concreto. Assim, foi possível investigar a correlação entre as propriedades dinâmicas do compósito concreto e sua microestrutura. Variações de parâmetros como o fator água-cimento, maturidade, presença de superplastificante e tipo de agregado graúdo utilizado na mistura impuseram variados padrões microestruturais, e estes foram avaliados frente às propriedades dinâmicas do material, em especial, ao módulo de elasticidade dinâmico. Também foi possível a constatação da interdependência microestrutural entre o módulo de elasticidade dinâmico, módulo de cisalhamento e coeficiente de amortecimento. Já o coeficiente de Poisson apresentou pouca correlação com as outras propriedades supracitadas. Finalmente fez-se a inferência sobre a precisão das estimativas para módulo de elasticidade dinâmico através das equações empíricas contidas em normas e dos modelos teóricos obtidos via formulação para materiais bifásicos. Uma curva que correlaciona o módulo de elasticidade dinâmico e estático foi proposta para a maturidade referente aos 28 dias. / The modulus of elasticity of concrete is a very important property for structural design. Despite the nonlinear stress-strain behavior of concrete, an appropriate estimate of this property is essential for structural analysis, evaluation of second-order effects and excessive deflexions. In particular, the dynamic modulus of elasticity is an important property in analysis of excessive vibration. However, this value is often estimated from the static modulus. Design codes usually contain equations estimating the static modulus based on compressive strength of concrete, density and type of aggregate used. Another limitation of such estimates is neglecting the characteristics of the transition zone, and the type, size and volume fraction of the aggregates used in the mixture. On the other hand, the theory of multiphase composites materials has allowed in recent times, advances of predictive models of material properties. Therefore, the isolated understanding of paste behavior, sand, gravel, mortar and transition zone is important for predicting concrete composite behavior. In this way, the acoustic test it was utilized for characterization of the various mixes of the paste, mortar, rock and concrete. Thus, it was possible to investigate the correlation between the dynamic properties of the composite concrete and its microstructure. Variations in parameters such as the water-cement ratio, maturity, presence of superplasticizer and type of coarse aggregate used in the mix, imposed various microstructural patterns, and these were evaluated face to the material dynamic properties, in particular to the dynamic modulus of elasticity. Detected a microstructural interdependence between the dynamic modulus of elasticity, shear modulus and damping coefficient It was also. On the other hand, the Poisson ratio, presented low correlation with the other properties mentioned. Finally an inference about the accuracy of estimates for dynamic modulus of elasticity through empirical equations contained in standards and theoretical models obtained by the formulation for biphasic materials was made. A curve that correlates the dynamic and static modulus of elasticity was proposed for the age of 28 days.

Este trabalho trata do estudo e aplicação da técnica de abertura focal sintética (SAFT) na geração de imagens por ultra-som em modo-B com transdutores matriciais lineares, para aplicação em ensaios não destrutivos. Sinais em modo-A são adquiridos e armazenados correspondentes ao meio inspecionado. Implementaram-se duas estratégias de processamento baseadas no método SAFT. A primeira consiste em um elemento central do array emitindo e todos recebendo, resultando em imagens com uma baixa energia acústica envolvida. A outra estratégia considera cada um dos elementos do array emissores e receptores gerando imagens de melhor qualidade, mas requer um maior tempo de processamento. Aplicaram-se técnicas de processamento digital de sinais como: filtragem, extração da envoltória, retificação, compressão logarítmica, interpolação e janelas de ponderação. Arquivos de dados foram gerados com um array de 128 elementos pelos pesquisadores da Universidade de Michigan e disponibilizados no site. Esses foram utilizados para a elaboração e otimização dos algoritmos no MatlabR. As imagens obtidas foram analisadas com relação a alguns parâmetros como a resolução axial e lateral, o contraste e o tempo de processamento. Foi confeccionado, no Laboratório de Ultra-Som da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, transdutor array de 16 elementos. Realizaram-se experimentos, adquirindo-se sinais que foram processados, gerando imagens referentes ao meio inspecionado. / This work deals with the study and application of the synthetic aperture focusing technique (SAFT) for generating ultrasonic images in mode-B with linear array transducers for nondestructive testing applications. Modo-A signals are acquired and stored corresponding to the inspected medium. It was implemented two processing strategies based on SAFT. The first one consists of an array emitting with the central element and receiving with all the elements, resulting in images with a low acoustic energy involved. The second considers each one of the emitting and receiving elements of the array, generating images of better quality but requiring a longer processing time. Digital signal processing techniques were applied such as: filtering, envelope detection, rectification, logarithmic compression, interpolation, and weighting windows. Data were generated with a 128-element array by researchers from the University of Michigan and made available at the institution website. These data were used for elaborating and optimizing the algorithms using MatlabR. The acquired images were analyzed regarding some parameters as axial and lateral resolution, contrast and the processing time. A 16-element array was confectioned in the Ultrasound Laboratory of the School of Engineering at the University of São Paulo. Experiments were conducted and signals were acquired and processed, resulting in images of the inspected medium.

Essa dissertação aborda o tema de propagação de ondas de tensão em hastes metálicas retangulares. Este tipo de onda pode ser utilizada como base na verificação da integridade estrutural através de um ensaio não destrutivo (END). A propagação de ondas elásticas em sólidos apresenta muito potencial quando se deseja estimar a integridade de determinada estrutura. Porém para transformar esse fenômeno físico em uma técnica aplicável na detecção de danos, alguns passos devem ser seguidos, dentre eles: a compreensão das características de propagação da estrutura em estudo, in teração das ondas elásticas com defeitos, aten uação das ondas propagadoras devido a fontes de amortecimento e dispersão. Neste contexto o presente trabalho tem o principal foco no desenvolvimento de uma metodologia eficiente para a investigação da propagação de ondas de tensão em hastes retangulares metálicas, abordando o tema por diversos aspectos. No decorrer do mesmo são calcu ladas as curvas de dispersão de uma haste retangular com seção transversal de 15 x5 [rum], para uma faixa de frequência determinada [0,100 kHz], utilizando três metodologias distintas e realizando a comparação crítica entre elas. São realizadas investigações teóricas, de forma analítica e numérica (via análise explícita empregando elementos finitos) e uma inves tigação experimental das características de propagação da geometria referida. Também os efeitos da aten uação das ondas na geometria é estudado. Os resulta dos obtidos são discutidos procurando mostrar sua coerência e enfatizando a informação sobre o comportamento mecânico das ondas de tensão nesse tipo de estrutura, observando aspectos relevantes à concepção de técnicas de END que possi bilitem a avaliação da integridade dessas estruturas. / This dissertation addresses the issue of propagation of stress waves in metallic rectangular rods. This type of wave can be used as the integrity check structural integrity through a non-destructive test (NDT). The propagation of elastic waves in solids has a lot of potential when estimating the given structure integrity. But to turn this physical phenomenon in an applicable technique for the detection of damage, some steps should be taken, including: understanding of propagating characteristics of the structure under study, interaction of elastic waves with defects, attenuation of the propagating waves due to sources of damping and dispersion. In this context, the present work is the main focus in developing an effective methodology for investigating the propagation of stress waves in rectangular metal rods, addressing the issue by several aspects. During the same are calculated dispersion curves of a rod with rectangular cross section 15 x5 [mm], for a given frequency range [0,100 kHz], using three different methodologies and performing the critical comparison between them. Are performed theoretical investigations, in analytical and numerical form (via explicit analysis using finite element) and an experimental investigation of the propagation features said geometry. Also the effects of attenuation of the waves on geometry is studied. The results are discussed trying to show their consistency and emphasizing information about the mechanical behavior of stress waves in this type of structure, observing relevant aspects to the design of NDT techniques to enable the assessment of the integrity of these structures.

A utilização de ondas guiadas em técnicas de monitoramento de integridade estrutural tem se mostrado uma alternativa interessante para economia de tempo e de custos de operação. Técnicas com ondas guiadas apresentam a característica de monitorar trechos extensos de uma estrutura a partir de um único ponto de acesso, permitindo a inspeção de partes remotas e de difícil acesso. Entre os modos fundamentais de propagação de ondas guiadas em chapas, o modo SH0 possui a vantagem de não ser dispersivo, além de sofrer menores atenuações ao se propagar em superfícies em contato com fluidos. Neste trabalho é proposto um modelo de transdutor do modo SH0 de forma omnidirecional em uma chapa de aço utilizando um arranjo com cerâmicas piezoelétricas, que permita inspecionar determinada área de um componente através de um único modo de propagação. Para caracterizar e compreender o comportamento da resposta obtida foram realizadas simulações numéricas parametrizando características do modelo proposto, como o número de elementos piezoelétricos e dimensões geométricas dos componentes do transdutor. Para validação dos resultados do modelo numérico foram construídos modelos experimentais do transdutor, os quais foram instalados sobre uma chapa de aço de 2mm de espessura para verificação dos modos de propagação emitidos. Avaliando a relação entre intensidades de cada modo emitido e a qualidade da emissão de SH0 foi possível identificar as frequências que apresentaram resposta com a característica desejada. Também foi verificado o comportamento dos transdutores construídos ao serem excitados por ondas propagando na chapa, avaliando a sua utilização também como receptores. / The use of guided waves in structural health monitoring techniques has already proved to be an interesting alternative to reduce inspection time and overall operational costs. Guided waves techniques enable monitoring large structures from one single access point, allowing the inspection of distant and hard access parts. Among the fundamental propagation modes of guided waves in plates, the SH0 mode has the advantage of being non dispersive, as well as being subject to less attenuation when propagating through surfaces in contact with fluids. In this work, it is proposed one omnidirectional SH0 mode transducer in a steel plate using a piezoelectric ceramic array, which allows inspecting a component area through a single propagation mode. Numeric simulations parameterizating features of the transducer, such as the number of piezoelectric elements and the geometric dimensions of the transducer’s components, were developed to characterize and investigate the effect on the output response. To validate the numeric simulation results, experimental models of the transducer were built, which were installed on a 2mm thick steel plate to verify the generated propagation modes. The analysis of the relation between the intensity of each mode generated in the plate and the emission quality of the SH0 mode allowed the identification of frequencies that presented the most desirable response characteristics. The behavior of the built transducers was also studied when they were excited by waves propagating through the plate, evaluating the use of the transducers as signal receptors.