Este trabalho tem por objetivo avaliar a capacidade de detecção e dimensionamento de descontinuidades internas em juntas soldadas dissimilares e cladeadas com a utilização da inspeção por ultrassom através da técnica de Phased Array. Este estudo se justifica pela possibilidade da aplicação desses materiais nas atividades de exploração de petróleo no campo offshore com a utilização de dutos rígidos de aço carbono com revestimento interno de Inconel. As juntas circunferenciais foram soldadas com material austenítico e foram realizados ensaios com juntas sem a realização do amanteigamento do bisel e com corpos de provas que receberam camadas de amanteigamento que tem a finalidade de aumentar a resistência à corrosão-fadiga da junta circunferencial. A tubulação soldada tinha como material de base um aço ferrítico API 5L X-52 com revestimento interno de Inconel 625. As descontinuidades foram inseridas nos passes de raiz fabricadas com o processo de soldagem TIG, nos passes de enchimento através do processo por eletrodos revestidos e na região da raiz através do processo de eletroerosão com a finalidade de simular uma falta de fusão na raiz. Para as inspeções foram adotados as varreduras setorial e linear com duas posições do cabeçote em relação à linha de centro da solda. Estas foram realizadas com o intuito de avaliar a capacidade de detecção e dimensionamento das descontinuidades através da utilização de ondas transversais com freqüência de 5 MHz e assim analisar os resultados encontrados para poder viabilizar a aplicação desta técnica como ferramenta de inspeção nestes equipamentos. Análises metalográficas serviram para realizar o dimensionamento real das descontinuidades e caracterizar a micrografia do metal de base, zona afetada pelo calor e metal de solda para poder correlacioná-los com os resultados encontrados nas inspeções por Phased Array. Assim com os resultados encontrados foi possível demonstrar a possibilidade de aplicação da técnica de Phased Array na inspeção das juntas dissimilares e cladeadas. / This work aims to evaluate the detection capability and sizing of internal discontinuities in dissimilar welded and claded joints with the use of Phased Array ultrasonic inspection technique. This study was performed due to the possibility of the application of those materials in the activities of exploration of petroleum in the offshore field with the use of rigid risers of carbon steel with internal covering of Inconel. The girths joints were welded with material austenitic and testing were accomplished with joints without the realization of the buttering of the bevel and with specimens that received layers of buttering that has the purpose of increasing the resistance to the corrosion-fatigue of the girth joint. The welded piping had as base material a ferritic steel API 5L X-52 with internal overlay of Inconel 625. The discontinuities were inserted in the root pass manufactured with the welding process TIG, in the filler pass through the process by covered electrodes and in the area of the root through the electric discharge machining process with the purpose of simulating a lack of fusion in the root. For the inspections the sectorial and linear sweepings were adopted with two positions of the transducer in relation to the line of center of the weld. This was performed with the intention of evaluating the detection capacity and sizing of discontinuities through the use of shear waves frequently of 5 MHz and like this to analyze the results found to make possible the application of this technique as inspection tool in these equipments. Metallographic analyses were to accomplish the real sizing of the discontinuities and to characterize the micrograph of the base metal, affected area for the heat and weld metal to correlate them with the results found in the inspections by Phased Array. Like this with the found results it was possible to demonstrate the possibility of application of Phased Array technique in the inspection of the dissimilar and claded joints.

abstract: The objective of this work is to design a low-profile compact Terahertz (THz) imaging system that can be installed in portable devices, unmanned aerial vehicles (UAVs), or CubeSats. Taking advantage of the rotational motion of these platforms, one can use linear antennas, such as leaky-wave antennas or linear phased arrays, to achieve fast image acquisition using simple RF front-end topologies. The proposed system relies on a novel image reconstructing technique that uses the principles of computerized tomography (Fourier-slice theorem). It can be implemented using a rotating antenna that produces a highly astigmatic fan-beam. In this work, the imaging system is composed of a linear phased antenna array with a highly directive beam pattern in the E-plane allowing for high spatial resolution imaging. However, the pattern is almost omnidirectional in the H-plane and extends beyond the required field-of-view (FOV). This is a major drawback as the scattered signals from any interferer outside the FOV will still be received by the imaging aperture and cause distortion in the reconstructed image. Also, fan beams exhibit significant distortion (curvature) when tilted at large angles, thus introducing errors in the final image due to its failure to achieve the assumed reconstructing algorithm. Therefore, a new design is proposed to alleviate these disadvantages. A 14×64 elements non-uniform array with an optimal flat-top pattern is designed with an iterative process using linear perturbation of a close starting pattern until the desired pattern is acquired. The principal advantage of this design is that it restricts the radiated/received power into the required FOV. As a result, a significant enhancement in the quality of images is achieved especially in the mitigation of the effect of any interferer outside the FOV. In this report, these two designs are presented and compared in terms of their imaging efficiency along with a series of numerical results verifying the proof of concept. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Electrical Engineering 2018

A operação segura e eficiente em unidades de produção de petróleo e gás depende do desempenho de seus dispositivos, componentes e estruturas. Dutos rígidos são importantes componentes utilizados na indústria offshore, comumente empregados como flowlines e risers. Durante a vida em serviço destes componentes, eles sofrem tensões axiais cíclicas associadas a sua movimentação, ao processo de extração de petróleo e ao vórtice das marés. O aço inoxidável superduplex surgiu na última década como um material alternativo para ambientes quimicamente agressivos, mas quando catodicamente protegidos contra a corrosão, esses aços são vulneráveis a fragilização por hidrogênio. Este trabalho tem como objetivo, através da técnica de Ensaio Não Destrutivo de ultrassom phased array, monitorar o crescimento de defeitos internos e externos criados intencionalmente próximos à raiz e ao reforço da solda de um tubo de aço superduplex (UNS S32750) de 6´´ submetido a fadiga tração-tração e fragilização induzida por hidrogênio devido à proteção catódica. As inspeções foram realizadas periodicamente com varreduras de 30 a 75° ao longo da circunferência da solda, por um transdutor linear 1-D de 16 elementos e 5MHz acoplado a uma sapata de 36°. Os resultados obtidos foram utilizados para alimentar análises de integridade estrutural, obtenção da curva da/dN x ΔK. / Safe and efficient operation in oil and gas production units depends on the performance of your devices, components and structures. Rigid pipelines are important components in the offshore industry, common used as flowlines and risers. During a life in service of components, they suffer cyclical axial stresses associated with their movement, by the oil extraction process and tidal vortex. Super duplex stainless steel has emerged in the last decade as an alternative material for chemically aggressive environments, but when cathodically protected against corrosion, it is vulnerable to hydrogen embrittlement. This work aims to, through the ultrasonic non-destructive testing by phased array monitor the growth of internal and external defects created intentionally close to the root and reinforcement of the weld of a superduplex steel tube (UNS S32750) with diameter of 6" submitted to tensile-traction fatigue and hydrogen-induced embrittlement due to cathodic protection. The inspections were performed periodically with 30 to 75° scans along the circumference of the weld, by a linear transducer of 1-D, 16-element and 5MHz coupled to a wedge of 36°. The obtained results were used to feed structural integrity analyzes, obtaining the curve of da/dN x ΔK.

Componentes metálicos em operação podem estar sujeitos a diversas condições de operação deletérias. Visando avaliar os riscos de operação para evitar falhas, a análise de integridade estrutural é uma ferramenta amplamente aplicada e requer constante evolução. Por utilizar dados de ensaios não destrutivos, essa ferramenta requer cada vez mais precisão, para aprimorar seus resultados e reduzir ao máximo as falhas de componentes em operação. Por apresentar menor tempo de inspeção e maior probabilidade de detecção, o Phased Array surge como alternativa às técnicas convencionais de ultrassom. Dentre as técnicas de Phased Array, o Total Focusing Method (TFM) apresenta um dos resultados mais promissores, apresentando grande vantagem sobre técnicas convencionais de ultrassom e de Phased Array devido a sua melhor precisão e fácil interpretação dos resultados. Neste trabalho, o TFM foi aplicado em diversos blocos contendo descontinuidades usinadas, as quais simulam diferentes tipos de defeitos. O foco do TFM foi gerar blocos em três dimensões (3D) dos defeitos, facilitando a interpretação dos resultados, além da possibilidade da inserção desses blocos em softwares de análise de integridade estrutural, melhorando a precisão dos resultados. O TFM foi aplicado através do tratamento de dados de um sensor linear de Phased Array, com frequência de 5 MHz e com 64 elementos ativos. Nesse trabalho, foram desenvolvidas e aplicadas novas etapas no algoritmo do TFM para melhorar a precisão dos resultados, como a compensação da perda de energia e o half-skip. As etapas adicionais aplicadas ao algoritmo do TFM geraram bons resultados para entalhe e furos usinados nos blocos de aço carbono. Além dos blocos com defeitos usinados, foi realizada a inspeção de um bloco de aço inoxidável austenítico soldado. Para o bloco soldado, os resultados não foram satisfatórios, não sendo possível detectar defeitos existentes. Após a aplicação do TFM, foi simulado o deslocamento do sensor ao longo da peça, gerando diversas imagens 2D, as quais foram conectadas via isosuperfícies, gerando sólidos 3D dos defeitos presentes em cada bloco. Por fim, esses blocos foram exportados para um software CAD, apresentando excelente correspondência. / Metallic components in operation can be submitted to several harming operation conditions. Aiming to evaluate the operational risks to avoid failure, the structural integrity analysis is a widely applied tool and requires constant evolution. As it uses non-destructive testing data, this tool requires increasingly precision, to enhance its results and reduce the majority of the operating components failures. Because of the shorter inspection time and greater probability of detection, Phased Array is an alternative to conventional ultrasonic techniques. Among the techniques of Phased Array, the Total Focusing Method (TFM) presents one of the most promising results, offering great advantage over conventional ultrasonic and Phased Array techniques due to its better precision and easy interpretation of results. In this work, the TFM was applied to many blocks, which contain machined discontinuities simulating several defects. The objective of applying the TFM was to generate three-dimensional (3D) blocks, turning the interpretation of the results easier and giving the possibility to insert these blocks into a structural integrity analysis software, enhancing the results precision. The TFM algorithm was applied through treatment of data from a 5 MHz linear Phased Array sensor with 64 active elements. In this work, it were developed and applied new steps in the TFM algorithm, as energy loss compensation and half-skip interaction, to improve its precision. The additional steps applied to the TFM algorithm achieved great results for notch and holes machined in carbon steel blocks. In addition to the blocks with machined defects, a welded austenitic stainless steel block was inspected. For the welded block, the results were not satisfactory and it was not possible to detect the present defects. After the application of the TFM, the displacement of the transducer along the block was simulated, generating several 2D images, which were connected via isosurfaces, generating 3D solids corresponding to the defects present in each block. To conclude, these blocks were exported to a CAD software, presenting excellent matching.

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O trabalho apresentado nesta dissertação é referente ao estudo da evacuação de pessoas, mais especificamente, a evacuação predial faseada. O objetivo é determinar, para instâncias de até 25 andares, os instantes de liberação de cada grupo de pessoas, a fim de minimizar o tempo total de evacuação do edifício. No entanto, a determinação destes instantes deve considerar o risco ao qual os diferentes grupos estão submetidos, priorizando a evacuação do andar afetado. Além disso, os conflitos de diferentes grupos por espaço nas rotas de evacuação também devem ser evitados, já que, são nessas situações que acontecem grande parte dos acidentes. Para atingir tal objetivo, foi elaborado um modelo matemático de programação linear inteira. Devido à alta complexidade do modelo, fez-se necessária a aplicação de métodos heurísticos para a obtenção de soluções. Dessa maneira, foram desenvolvidas uma heurística de busca baseada em GRASP e uma heurística lagrangeana. Apesar da heurística lagrangeana atestar a qualidade da solução (a partir da comparação do resultado obtido com o limitante inferior), a heurística de busca mostrou-se mais adequada para o problema, pois forneceu resultados de qualidade com pouco esforço computacional. / This dissertation studies the evacuation of people, more specifically, building phased evacuation. The objective of this study is to determine, for buildings of up to 25 floors, in which instants each group of people has to be released, in order to minimize the total evacuation time. Furthermore, the determination of these instants has to consider the risk to which each group of people is submitted, thus the affected floor has to be the first group to be released. In addition, conflicts for space between groups should be avoided, since such situations increase the occurrences of accidents. To achieve this goal, an integer linear programming model was designed. Due to the high complexity of the model, it was necessary to apply heuristics to obtain solutions for some instances. Therefore, a search heuristic based on GRASP and a lagrangian heuristic were developed. Despite the fact that the lagrangian heuristic attests to the quality of the solution (when it is compared to the lower bound), the search heuristic was considered more suitable for this problem because it provided quality results with lower computational efforts.

Este trabalho tem por objetivo avaliar a capacidade de detecção e dimensionamento de descontinuidades internas em juntas soldadas dissimilares e cladeadas com a utilização da inspeção por ultrassom através da técnica de Phased Array. Este estudo se justifica pela possibilidade da aplicação desses materiais nas atividades de exploração de petróleo no campo offshore com a utilização de dutos rígidos de aço carbono com revestimento interno de Inconel. As juntas circunferenciais foram soldadas com material austenítico e foram realizados ensaios com juntas sem a realização do amanteigamento do bisel e com corpos de provas que receberam camadas de amanteigamento que tem a finalidade de aumentar a resistência à corrosão-fadiga da junta circunferencial. A tubulação soldada tinha como material de base um aço ferrítico API 5L X-52 com revestimento interno de Inconel 625. As descontinuidades foram inseridas nos passes de raiz fabricadas com o processo de soldagem TIG, nos passes de enchimento através do processo por eletrodos revestidos e na região da raiz através do processo de eletroerosão com a finalidade de simular uma falta de fusão na raiz. Para as inspeções foram adotados as varreduras setorial e linear com duas posições do cabeçote em relação à linha de centro da solda. Estas foram realizadas com o intuito de avaliar a capacidade de detecção e dimensionamento das descontinuidades através da utilização de ondas transversais com freqüência de 5 MHz e assim analisar os resultados encontrados para poder viabilizar a aplicação desta técnica como ferramenta de inspeção nestes equipamentos. Análises metalográficas serviram para realizar o dimensionamento real das descontinuidades e caracterizar a micrografia do metal de base, zona afetada pelo calor e metal de solda para poder correlacioná-los com os resultados encontrados nas inspeções por Phased Array. Assim com os resultados encontrados foi possível demonstrar a possibilidade de aplicação da técnica de Phased Array na inspeção das juntas dissimilares e cladeadas. / This work aims to evaluate the detection capability and sizing of internal discontinuities in dissimilar welded and claded joints with the use of Phased Array ultrasonic inspection technique. This study was performed due to the possibility of the application of those materials in the activities of exploration of petroleum in the offshore field with the use of rigid risers of carbon steel with internal covering of Inconel. The girths joints were welded with material austenitic and testing were accomplished with joints without the realization of the buttering of the bevel and with specimens that received layers of buttering that has the purpose of increasing the resistance to the corrosion-fatigue of the girth joint. The welded piping had as base material a ferritic steel API 5L X-52 with internal overlay of Inconel 625. The discontinuities were inserted in the root pass manufactured with the welding process TIG, in the filler pass through the process by covered electrodes and in the area of the root through the electric discharge machining process with the purpose of simulating a lack of fusion in the root. For the inspections the sectorial and linear sweepings were adopted with two positions of the transducer in relation to the line of center of the weld. This was performed with the intention of evaluating the detection capacity and sizing of discontinuities through the use of shear waves frequently of 5 MHz and like this to analyze the results found to make possible the application of this technique as inspection tool in these equipments. Metallographic analyses were to accomplish the real sizing of the discontinuities and to characterize the micrograph of the base metal, affected area for the heat and weld metal to correlate them with the results found in the inspections by Phased Array. Like this with the found results it was possible to demonstrate the possibility of application of Phased Array technique in the inspection of the dissimilar and claded joints.

Este trabalho apresenta o projeto de uma portadora que opera na frequência de 8.300 MHz para ser utilizado em moduladores vetoriais diretos com aplicação em sistemas embarcados de satélites. Foram realizados estudos sistêmicos de arquiteturas que operam nesta faixa de frequência com as características necessárias para atender as especificações da European Cooperation for Space Standardization, ECSS - Space Engineering Radio Frequency and Modulation da agência espacial europeia -ESA, que regulamenta as frequências e características para sistemas de transmissão para enlace de descida. A partir dos conhecimentos adquiridos nos estudos, é apresentada uma metodologia de projeto visando o atendimento das especificações definidas pela ECSS e a escolha de uma topologia de projeto. Foram realizadas simulações a nível sistêmico, utilizando o software Advanced Design System-ADS da fabricante Keysight Technologies, para definir as especificações de projeto dos circuitos que compõem o sistema de geração da portadora na banda X. O circuito da malha de sincronismo de fase - PLL opera na frequência de 2.075 MHz, onde seu sinal é amplificado e filtrado pela cadeia de amplificação na banda S cuja função é aumentar a isolação para minimizar os efeitos de pulling do oscilador controlado por tensão - VCO, devido à alta velocidade nas transições de tempo de subida e de descida dos sinais digitais I e Q. O filtro também é responsável por aumentar a rejeição de espúrios e harmônicos gerados pelos efeitos não lineares dos amplificadores. O sinal é enviado ao circuito multiplicador de frequências que gera o sinal na banda X e é filtrado por um filtro passa-faixas de linhas acopladas, rejeitando os sinais espúrios provenientes da saída do multiplicador de frequência. Na saída, o sinal passa por uma cadeia de amplificação na banda X para adequar o nível de potência à entrada dos moduladores vetoriais. Os circuitos projetados foram desenvolvidos utilizando tecnologia de microfita de linha. Os protótipos foram caracterizados, apresentando boa concordância com os resultados simulados, comprovando experimentalmente a metodologia de projeto utilizada neste trabalho assim como o atendimento das especificações sugeridas pela ECSS. / This work presents the project of an carrier that works in the frequency of 8,300 MHz to be used in direct vector modulator for embedded system application in satellites. It were realized system level studies of PLL topologies that work in this frequency range with the necessary features to provide the requirements from European Cooperation for Space Standardization, ECSS - Space Engineering Radio Frequency and Modulation of the European Space Agency - ESA, which is responsible for the frequencies and features regulation for downlink transmission system. With the knowledge acquired from the studies, it is presented a project method intending to the meet the requirements defined by the ECSS and the definition of a topology to the project. It were performed system level simulation, using the Advanced Design System - ADS tool, from Keysight Technologies, in order to define the design specifications in the project of the circuits of the X band carrier generator developed. The PLL circuit works in the frequency of 2,075 MHz, in which its signal is amplified and filtered for amplifier chain in S band, increasing the isolation to reduce the pulling effects in the voltage controlled oscillator, due to the high-speed transitions in the rise time and fall time of the digital signal I and Q. The filter is also responsible for increasing the rejection of spurious and harmonics generated by non-linear amplifiers effects. The signal is conducted to the frequency multiplier circuit that generates the X band signal and it is filtered by a coupled line bandpass filter, rejecting the spurious from the frequency multiplier output. At the output stage, the signal passes through a X band amplification chain in order to adequate the power level of the vector modulators input level. The specified circuits were designed and developed using microstrip line technology. The prototypes were characterized, presenting adequate results according to the data obtained by the simulations, experimentally reinforcing the project method used in this work as well as the meeting of the requirements suggested by the ECSS.

Une technique de Contrôle Non Destructif (CND) a été développée, permettant la génération et la détection d’ondes de Lamb guidées le long de grandes plaques constituées de différents matériaux (métal, polymère ou composite renforcé par des fibres). Basée sur l’emploi de nombreux éléments étroitement couplés à la plaque, cette technique d’inspection diffère du Structural Health Monitoring (SHM) classique car tous les éléments émetteurs ou récepteurs sont regroupés dans une zone très localisée, définie par la surface active d’une sonde multiélément matricielle, et ne sont pas fixés de manière permanente et distribuée au sein, ou en surface, de la structure testée. De plus, le principe (connu) du déphasage entre éléments est appliqué à la sonde pour la génération et la réception d’un mode de Lamb pur dans (ou provenant) de multiples directions le long de la plaque. Les lois de retards appliquées à ces éléments, aussi bien lorsque la sonde fonctionne en mode émission qu’en mode réception, prennent en compte la nature dispersive de l’onde de Lamb. Enfin, un traitement de signal spécifique est appliqué pour compenser la dispersion subie par les ondes guidées au cours de leur propagation le long de la pièce testée. Un prototype expérimental et sa modélisation par éléments finis sont présentés, ainsi que les mesures et les résultats simulés de ses performances en termes de sélectivité modale et de directivité angulaire. Concernant les applications de CND, la construction d’images, représentatives de toutes les parties de la pièce testée qui diffractent le mode guidé (bord de pièce, défauts, trous, raidisseurs, etc.), a permis de démontrer le potentiel (et quelques limites) de cette technique vis-à-vis d’une inspection rapide de grandes structures, y compris de zones éloignées de la sonde ou encore de zones difficiles d’accès. / A technique of Non-Destructive Testing (NDT) was developed for the generation and detection of Lamb waves propagating along large plates made of different materials (metal, polymer or fibre-reinforced composite). Based on the use of many elements closely coupled to the plate, this inspection technique differs from the classic Structural Health Monitoring (SHM) because all the transmitters or receivers are grouped in a very localized area, defined by the active surface of a phased array matrix probe, and are not permanently attached and distributed within or on the surface of the test structure. In addition, the principle (known) of the phase shift between the elements is applied to the probe for generating and receiving a pure Lamb mode in (or from) multiple directions along the plate. The delay laws applied to these elements, in transmit mode or receive mode, take into account the dispersive nature of the Lamb wave. Finally, a specific signal processing is applied to compensate the dispersion suffered by the guided waves during their propagation along the test piece. An experimental prototype and its finite element modeling are presented, as well as measurements and simulation results of its performances in terms of modal selectivity and angular directivity. For NDT applications, the construction of images, representing all parts of the test piece, which diffract the guided mode (edges, defects, holes, stiffeners, etc.), has demonstrated the potential (and some limits) of this technique for a quick inspection of large structures, including areas remote from the probe or areas difficult to access.

The purpose of this research is to study the effects that Russian, U.S., and NATO policies of deterrence have on strategic missile defense as well as how these policies and strategic missile defense affect future weapons proliferation. The aspects explored are the current Russian strategic forces and quality, Russian policies and strategies, the Phased Adaptive Approach, and U.S. and NATO policies and strategies. Mitigation of this pressing issue may be through open dialogue, a system to limit future U.S. and NATO interceptors and sensors, and a possible joint data exchange center.