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.

Para que um transdutor ultrassônico gere e transmita um pulso curto e receba ecos com elevada sensibilidade, além de uma camada de retaguarda que absorva as ondas emitidas para trás, é necessário que haja um bom casamento de impedância acústica entre a cerâmica piezelétrica e o meio externo (camada de acoplamento). Quando comparado ao acoplamento em líquido, o acoplamento em ar é ainda mais complexo, pois este tipo resulta em perdas elevadas durante a transmissão e a recepção dos sinais acústicos, devido à grande diferença de impedância acústica entre a cerâmica e o ar. Certas aplicações requerem um acoplamento em ar e, para isso, os transdutores ultrassônicos usados devem ter banda larga, além de uma baixa impedância acústica. O aumento da largura de banda de um transdutor piezelétrico pode ser alcançado com o emprego de piezocompósitos, de uma camada de retaguarda, de camadas de acoplamento frontal e melhorias na parte eletrônica. A contribuição deste trabalho visa a estudar e desenvolver piezocompósitos com maior largura de banda para aplicação em transdutores de ultrassom para acoplamento em ar. De modo geral, os piezocompósitos possibilitam um maior fator de acoplamento eletromecânico e uma menor impedância acústica quando comparado às cerâmicas piezelétricas convencionais. Neste trabalho foram realizadas a modelagem, a construção e a caracterização de três tipos de piezocompósitos: piezocompósitos com gradação da densidade, piezocompósitos 2-2, e piezocompósitos 1-3. Naqueles com gradação da densidade,variaram-se os parâmetros profundidade, largura e distribuição dos cortes. O método de elementos finitos foi utilizado para analisar a influência dos parâmetros dos cortes. Os piezocompósitos foram construídos a partir de piezocerâmicas circulares e retangulares. Alguns dos piezocompósitos construídos foram submetidos a experimentos de interferometria a laser, mostrando a variação da distribuição dos deslocamentos máximos na superfície em função da frequência. A partir do espectro de frequência da condutância e dos valores inferiores e superiores da largura de banda foram analisados os deslocamentos máximos nas diversas regiões da superfície dos piezocompósitos. Nos piezocompósitos gradados observou-se que os deslocamentos máximos em determinadas regiões da superfície do piezocompósito dependiam da frequência de excitação. Desse modo, os piezocompósitos gradados apresentaram fator de acoplamento eletromecânico e largura de banda maiores do que os dos piezocompósitos 1-3. Transdutores com emissão em ar construídos a partir de piezocompósito gradado e do tipo 1-3 foram caracterizados e medidos os parâmetros largura de banda e fator de acoplamento eletromecânico. O transdutor construído a partir do piezocompósito gradado apresentou maior largura de banda quando comparado com o transdutor do tipo 1-3. / In order to generate and emit a short pulse and receive the echoes with high sensitivity, an ultrasound transducer requires a backing layer to attenuate the signal going backwards and a matching layer to match the acoustical impedances of the piezoceramic and the medium. When compared to liquid coupling, air coupling is further complicated because the large mismatch in acoustic impedance between the ceramic and air results in high losses during transmission and reception of acoustic signals. Certain applications require air-coupling and, therefore, the ultrasonic transducers used must be broadband and have low acoustic impedance. The increase of the bandwidth of a piezoelectric transducer can be achieved with the use of piezocomposites, a back layer, frontal coupling layers and improvements in the electronic part. The contribution of this work aims to study and develop piezocomposites with higher bandwidth for application in ultrasonic transducers with air coupling. In general, the piezocomposites allow a higher electromechanical coupling factor and a lower acoustic impedance when compared to conventional piezoelectric ceramics. In this work, three types of piezocomposites were made: piezocomposites with density gradation, piezocomposites 2-2, and piezocomposites 1-3. In those with density gradation, depth, width and distribution of the cuts were varied. The finite element method was used to analyze the influence of the cut parameters. The piezocomposites were constructed from circular and rectangular piezoceramics. Some of the constructed piezocomposites were submitted to laser interferometry experiments, which showed the variation of the distribution of the maximum displacements in the surface as a function of the frequency. From the frequency spectrum of the conductance curve and of the lower and upper values of bandwidth, the maximum displacements in the various surface regions of the piezocomposites were analyzed. In the graded piezocomposites it was observed that the maximum displacements in certain regions of the surface of the piezocomposite depend on the frequency of excitation. Thus, the graded piezocomposites presented higher electromechanical coupling factor and bandwidth than the piezocomposites 1- 3. Air-coupled transducers constructed from graded piezocomposite and type 1-3 were characterized and measured the parameters bandwidth and electromechanical coupling factor. The transducer constructed from the graded piezocomposite presented higher bandwidth when compared to the type 1-3 transducer.

O presente trabalho propõe o estudo de dispositivos CMUTs fabricados através de métodos e materiais alternativos com potencial aplicação em ensaios não destrutivos. O CMUT é constituído por uma membrana condutiva colocada sobre uma cavidade com o fundo metalizado, formando uma estrutura capacitiva. Ondas acústicas incidentes criam uma vibração na membrana que modifica de forma detectável a capacitância do dispositivo (modo de detecção). De modo inverso, é possível aplicar tensão alternada sobre a estrutura do CMUT fazendo com que a membrana vibre gerando ondas acústicas (modo de emissão). Hoje as principais tecnologias utilizadas para detecção e emissão de ondas acústicas utilizam materiais piezelétricos que são de difícil obtenção, possuem baixa integrabilidade e restrições em aplicações em altas temperaturas. O transdutor proposto baseia-se na tecnologia MEMS onde efeitos elétricos e mecânicos são combinados de forma a atender uma determinada aplicação. Os dispositivos MEMS são fabricados por técnicas de microfabricação, o que diminui o custo de produção e possibilita o uso de diversos tipos de materiais. Antes da fabricação dos CMUTs, foram feitas modelagens analíticas e computacionais visando determinar as dimensões ideais dos dispositivos a serem fabricados e também quais materiais seriam melhores se aplicados como membrana. A partir dos resultados da modelagem foi possível determinar que CMUTs com membrana de cobre fossem fabricados. Com os resultados da modelagem foram propostos métodos de fabricação baseados em técnicas de wafer-bonding. Dois materiais foram utilizados para produzir as cavidades, um deles foi o fotorresiste SU-8 e outro uma resina adesiva de secagem rápida, material este não convencional para produção de CMUTs. No primeiro caso, as cavidades foram abertas por processo de fotolitografia, já no segundo foi utilizado um método de corrosão a laser, também não convencional. Diferentes métodos foram utilizados na colagem das membranas, sendo que membranas coladas com resina adesiva e membranas deixadas suspensas sobre as cavidades apresentaram melhores resultados. As caracterizações elétricas e acústicas realizadas nos dispositivos fabricados mostraram que os CMUTs obtidos possuem características capacitivas e podem emitir e receber, comprovando assim seu funcionamento. Isto indica que os roteiros de fabricação propostos são eficientes e que os materiais e métodos utilizados se mostraram adequados. Além disso, a partir das caracterizações acústicas é possível dizer que os CMUTs fabricados podem ser potencialmente aplicados em ensaios não destrutivos, principalmente em análise de vibrações. / This thesis proposes the study of CMUT devices produced using alternative methods and materials with potential application in non-destructive analysis. CMUT is composed of a metallized substrate covered with an insulator cavity structure and a conductive membrane on its top, forming a capacitive structure. Incident acoustic waves cause vibration in the membrane modifying their capacitance (detection mode). AC voltage can be applied on the structure of the CMUT causing the membrane to vibrate generating acoustic waves (transmission mode). Today the main technologies used for the detection and emission of acoustic waves use piezoelectric materials that are difficult to obtain, have low integrability and restrictions in high temperature applications. The proposed transducer is based on MEMS technology where electrical and mechanical effects are combined to suit a particular application. MEMS devices are manufactured by microfabrication techniques, which reduce the cost of production and allow the use of various types of materials. Before the fabrication of CMUTs, analytical and computational modeling were made to determine the optimal dimensions of the devices to be manufactured and also what materials would be best if applied as membrane. From the modeling results CMUTs with copper membrane were manufactured. Based on the results of the modeling process, manufacturing methods based on wafer-bonding techniques were proposed. Two materials were used to produce the cavities: one of them was the SU-8 photoresist and the other an acrylic adhesive, an unconventional material for the production of CMUTs. In the first case the cavities were opened by the photolithographic process. In the second method the corrosion laser was used, which is also unconventional. Different methods were used to bond the membranes. The membranes bonded with acrylic adhesive and left suspended over the cavity wells showed better results. The electric and acoustic characterizations performed on fabricated devices showed that CMUTs present capacitive characteristics and can emit and receive acoustic waves, thus proving its operation. This indicates that the proposed manufacturing routes are efficient and that the materials and methods used are appropriate. Moreover, these results show that the manufactured CMUTs may be potentially applied to nondestructive analyses, especially in analyses of vibrations.

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.

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.

Este trabalho apresenta os avanços no desenvolvimento de um novo método de ensaio não-destrutivo magnético. O método está baseado na técnica do Ruído Magnético de Barkhausen (RMB), particularmente em uma variante denominada Barkhausen Contínuo. O RMB é gerado devido à ação de um campo magnético variável magnetizante que produz mudanças abruptas e irreversíveis na estrutura magnética do material. Essas mudanças são influenciadas pela microestrutura e a distribuição de tensões dentro do mesmo. As medições podem ser usadas para construir uma distribuição bidimensional do RMB ao redor de um ponto fixo, cujo resultado irá refletir o nível de anisotropia magnética, usualmente indicando um eixo de fácil magnetização, parâmetro relevante dado que o comportamento da grande maioria de materiais ferromagnéticos de engenharia é usualmente anisotrópico. As mudanças no eixo de fácil magnetização podem indicar a presença de anomalias mecânicas ou abnormalidades no processo de fabricação e no caso da aplicação de uma tensão externa, podem refletir a magnitude e a direção da mesma. O presente trabalho descreve uma metodologia que faz uso de um campo magnético rotacional para obter sinais RMB relacionados ao angulo de giro, possibilitando a identificação da direção do eixo de fácil magnetização, ultrapassando as capacidades oferecidas pela técnica RMB convencional mediante o fornecimento de informação em tempo real, que permite a obtenção de um conjunto de parâmetros que quantificam a anisotropia magnética de uma amostra. A técnica foi usada para a detecção do eixo de fácil magnetização e o nível de anisotropia magnética em materiais diferentes devida aos efeitos do processo de fabricação. Posteriormente foi demonstrado que a técnica é capaz de monitorar a evolução da tensão uniaxial aplicada, obtendo curvas de calibração, sensíveis ao sentido de aplicação da tensão. Para o caso pouco estudado de amostras submetidas a tensões biaxiais, o uso da técnica do Barkhausen contínuo rotacional fez possível de verificar que as características morfológicas das medições de anisotropia magnética obtidas, guardam relação com a direção das tensões principais. Foi realizada uma avaliação do método aplicado para a medição dinâmica de anisotropia magnética em juntas soldadas, indicando estados de tensão e características microestruturais coerentes com as esperadas. O método tem a possibilidade de ser implementado para medições anisotropia magnética em alta resolução/alta velocidade. / This works presents the current advances on the development of a new method of magnetic non-destructive testing. The method is based on the magnetic Barkhausen noise (MBN), more specifically in one branch known as Continuous Barkhausen. MBN is produced due to the effect of a variable magnetic field, which causes abrupt and irreversible changes to the magnetic structure of the material. These changes are influenced by the microstructure of the material and the stress distributions within. Measurements can be used to construct a bi dimensional MBN distribution around a fixed point, which in turn will be a reflect of its magnetic anisotropy level, usually characterized by an easy axis of magnetization, an important parameter given that more often than not, the behavior of most engineering ferromagnetic materials is anisotropic. Variations of the easy axis could be the indication of mechanical anomalies or abnormalities that appear as a result of the fabrication process. If there is an external stress applied to the sample, it can provide information about its magnitude and direction. The present work describes a methodology which uses a precise rotating magnetic field in order to obtain MBN signals related to a given magnetization angle, making possible the finding of the easy axis, exceeding the limits of conventional MBN measurements by providing real time data which in turn will allow to infer a set of parameters that quantify the magnetic anisotropy of the sample. The proposed technique was successfully used to find both the easy axis and a quantitative level of magnetic anisotropy between different materials, consequence of the fabrication process. Subsequently, it was shown that the technique was able to perform a monitoring of the evolution of both uniaxial and biaxial applied stress, obtaining linear relationships (uniaxial case), sensitive to the direction of loading. In not so much studied case of biaxial loading, the use of the continuous rotational Barkhausen method made possible to observe that the morphologic characteristics of the magnetic anisotropy measurements bear a close resemblance to the direction of the principal stress field. An evaluation of the technique as a tool for the dynamic measurement of magnetic anisotropy on welded joints, indicating stress states and microstructural features coherent with the ones expected in this scenario. The method has the possibility of being implemented as a technique for high speed/high resolution measurements of magnetic anisotropy.

Este trabalho apresenta dois tipos de ensaios não destrutivos para a correlação do módulo dinâmico com a resistência à compressão para elementos de concreto. Os métodos de ensaio são a ultrassonografia e o método de excitação por impulso utilizando o equipamento Sonelastic®. Neste trabalho estão descritos seus funcionamentos, aplicações e limitações. A ultrassonografia, através da propagação de ondas sonoras, fornece, indiretamente, o módulo de elasticidade dinâmico. Com o método de excitação por impulso obtêm-se as frequências naturais e os modos de vibração do elemento estudado, o que permite determinar seu módulo dinâmico. Primeiramente, estes ensaios foram utilizados em corpos-de-prova cilíndricos e lajes alveolares produzidas em laboratório para a obtenção das curvas de correlação e, em seguida, estes mesmos ensaios foram realizados na fábrica de concreto pré-moldado. Para elementos de geometria complexa, como é o caso das lajes alveolares, apresenta-se uma metodologia para a obtenção de uma equação analítica para o cálculo do módulo dinâmico no ensaio de excitação por impulso. Estes métodos tiveram o objetivo final de avaliar a resistência à compressão do concreto na pista de protensão da fábrica, e então determinar o melhor momento para a desforma e corte do cabo de protensão. Com ambos os métodos, obteve-se ótimas correlações do módulo dinâmico com a resistência à compressão dos elementos em laboratório. Na fábrica de concreto pré-moldado não foi possível obter uma curva de correlação representativa de toda a laje na pista de protensão, porém foi possível registrar um bom indicativo de que é possível obter boas correlações para futuras pesquisas no assunto / This work presents two types of non-destructive testing for the correlation of the dynamic elastic modulus with the compressive strength. The test methods are the ultrasonography and the impulse excitation using the Sonelastic® equipment. In this work the equipaments operations, applications and limitations are also described. The ultrasound test indirectly supplies the dynamic elastic modulus through the propagation of sound waves. The natural frequencies and the vibration modes of the studied elements are obtained through impulse excitation method allowing to determine its dynamic modulus. To start, these tests were used in cylindrical specimens and hollow core slabs produced in the laboratory to obtain the correlation curves, and then these same methods were performed in the pre-cast concrete plant. As for complex geometric elements, as in the case of hollow core slabs, a methodology is applied in order to obtain an analytic equation to calculate the dynamic modulus in the impulse excitation test. These methods had the final goal the evaluation of the strength of prestressed concrete lying on track of the plant, so as to determine the best moment to demold and cut the prestressed cable. Excellent correlations of the dynamic modulus with compressive strength of the elements made in laboratory were obtained using both methods. It was not possible to obtain in the precast concrete plant a representative correlation curve of the whole slab on the track, nevertheless, it was possible to record a good indication that it is possible to obtain good correlations for future research.

Este trabalho apresenta um procedimento para auxiliar na determinação da vida útil de pavimentos flexíveis através da determinação de tensões e deformações causadas pela solicitação de um eixo padrão na estrutura de pavimentos flexíveis utilizando Redes Neurais Artificiais. Para treinamento e validação das redes foram utilizadas bacias de deflexões hipotéticas geradas com o auxílio do programa ELSYM5, simulando o carregamento com falling weight deflectometer. Foram criados quatro conjuntos de bacias hipotéticas, dois para pavimentos de três camadas e dois para pavimentos de quatro camadas. As redes neurais artificiais foram treinadas e validadas utilizando-se o simulador EasyNN-plus, que utiliza redes multilayer perceptron com algoritmo de aprendizagem backpropagation. Os dados de entrada das redes são as espessuras das camadas do pavimento e a bacia de deflexão. Como saída, têm-se as tensões e deformações na face inferior do revestimento e no topo do subleito e os módulos de resiliência das camadas do pavimento. Foram determinadas retas de regressão, coeficientes de regressão e histogramas de erros entre os valores reais (ELSYM5) e os valores previstos (RNA). Os resultados obtidos pelas redes neurais artificiais apresentaram boa correlação com os valores reais, demonstrando a capacidade das redes neurais para auxiliar na determinação da vida útil de pavimentos flexíveis, ao estimar diretamente as tensões e deformações em pontos específicos da estrutura. / This paper presents a procedure to assist the evaluation of the remaining life of flexible pavements by means of the determination of stresses and strains caused by a standard load in flexible pavements structures using artificial neural networks. Hypothetical deflections basins, generated by the ELSYM5 program, simulating the load applied by a falling weight deflectometer, were used to train and to validate the networks. Four sets of hypothetical basins were created, two for pavements with three layers and two for pavements with four layers. The artificial neural networks were trained and validated using the EasyNN-plus simulator, which uses multilayer perceptron networks with back-propagation learning algorithm. The networks input data are the pavements layers thickness and the deflection basin. The networks outputs are the stresses and strains in the bottom of the asphalt layer and at the top of the subgrade and resilience modulus of the pavement layers. The results obtained by the artificial neural networks showed good correlation with the real values, demonstrating that neural networks have capacity to assist in the evaluation of the remaining life of flexible pavements, estimating directly the stresses and strains of specific points of the pavement structure.

Este trabalho tem por objetivo caracterizar e comparar as microestruturas de diferentes regiões de uma chapa de aço microligado para tubo API 5L X65, empregado no transporte de gás natural e petróleo, como recebido e submetido a tratamentos térmicos de austenitização e resfriamento contínuo sob diferentes taxas de resfriamento. O aço em estudo apresenta uma linha de segregação central, originada durante o processo de produção do aço. Corpos de prova de dilatometria foram usinados da região central e de outras regiões da chapa. As amostras foram previamente austenitizadas a 1200°C e temperadas em água, visando solubilizar grande parte dos precipitados presentes no aço. Após este tratamento, as amostras foram austenitizadas em um dilatômetro de têmpera a 950°C por 180s, e em seguida resfriadas nas seguintes taxas de resfriamento: 0,5°C/s, 1°C/s, 5°C/s, 10°C/s, 20°C/s, 30°C/s, 40°C/s, 50ºC/s e 60ºC/s. Valores de temperatura e tempo correspondentes a inflexões da curva dilatométrica foram obtidas e correlacionadas com a microestrutura, para cada taxa de resfriamento. Com base nesta análise foi traçado um diagrama de Transformação por Resfriamento Contínuo (TRC) do material. / This work aims to characterize and compare the microstructures of different regions of a plate of microalloyed pipeline steel that conforms to API 5L X65, employed in the transportation of natural gas and oil, as received and after being subjected to heat treatments of austenitization and continuous cooling under different cooling rates. The steel under study presents a central line of segregation that was originated during production. Specimens for dilatometry were machined from the central region and from different regions of the plate. The samples were austenitized at 1200°C and in quenched in water, with the purpose of solubilizing most of the precipitates in the steel. After the preliminary heat treatment, the specimens were austenitized at 950°C for 180s and cooled under the cooling rates: 0.5°C/s, 1°C/s, 5°C/s, 10°C/s, 20°C/s, 30°C/s, 40°C/s, 50ºC/s and 60ºC/s in a quench dilatometer. Values of temperature and time correspond of transformation for each rate of cooling were used for the determination of the Continuous Cooling Transformation (CCT) diagram.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta pesquisa utilizou-se um equipamento experimental que utiliza o método do eco-impacto produzido no Laboratório de Ensaios Físicos do Instituto Politécnico do Rio de Janeiro (UERJ/IPRJ), para estimar a espessuras de placas de concreto através da propagação de ondas de tensão geradas por um impacto. Para determinação dessa espessura, foram investigados vários mecanismos de estruturação do protótipo do equipamento com objetivo de se obter a melhor leitura possível, por meio das literaturas existentes. Entre parâmetros avaliados no estudo, estava o modelo de sensor a ser utilizado, o tipo de impactor, a precisão relacionada à aquisição de dados e o tratamento do mesmo, a distância entre o ponto de impacto e o transdutor (sensor), e o local de teste. Os resultados experimentais concordam com as previsões teóricas e revelam que este método é eficiente para análise de estrutura de concreto. A análise da espessura e resposta em frequência de um novo protótipo desenvolvido e os testes realizados possibilitou um erro médio de espessura real para amostras sem agregados de 0,39% e para as amostras com agregados com de 0,64%. Esses resultados apontam que o equipamento produzido tem potencial e que o mesmo pode ser utilizado para avaliação de estrutura de concreto. / In this research we used an experimental device that uses the method of impact-echo on Physical Testing Laboratory of the Polytechnic Institute of Rio de Janeiro (UERJ/IPRJ), to estimate the thickness of concrete slabs through the propagation of stress waves generated by an impact. To determine this thickness, several mechanisms for structuring the prototype equipment in order to obtain the best possible reading by means of existing literatures were investigated. Among the parameters evaluated in the study was the model of sensor being used, the type of impact, the precision related to the data acquisition and processing thereof, the distance between the impact point and the transducer (sensor), and test site. The experimental results agree with the theoretical predictions and show that this method is effective for analyzing concrete structure. The thickness analysis and frequency response of a new prototype and testing allowed an average error of actual thickness for samples without aggregates and 0.39 % for samples with aggregates with 0.64 %. These results indicate that the product produced has potential and that it can be used for evaluation of concrete structure.