[pt] Ondas ultrassônicas guiadas de cisalhamento horizontal (do inglês, shear
horizontal SH) são comumente usadas para avaliação não destrutiva de placas
e tubos. Em dutos de aço, uma camada de revestimento é frequentemente
aplicada à superfície externa dos mesmos para evitar a corrosão. O material
do revestimento apresenta impedância acústica consideravelmente menor que
a do material principal dos dutos, a saber aço; todavia, sua presença pode
alterar significativamente as características de propagação dos modos de onda SH
guiada, haja vista que se trata de um problema de propagação em guia de onda
multicamadas. Devido às propriedades viscoelásticas do material do revestimento,
comumente utilizado, os modos de onda guiada que conhecidamente se propagam
de maneira adequada em um duto cru, podem se tornar uma escolha inadequada em
um duto revestido devido à alta atenuação, impossibilitando inspeções corriqueiras.
Nesta dissertação, investiga-se quais modos SH são mais adequados para uma
inspeção circunferencial de um tubo revestido de interesse, a saber, um duto de aço
de espessura de 6.35 mm com revestimento de polietileno de espessuras variáveis.
Um modelo semi-analítico foi utilizado para calcular as curvas de dispersão e
atenuação e um modelo numérico de elementos finitos foi explorado para investigar
os modos de propagação em um guia de onda revestidos e sob a presença de
defeitos. Resultados mostram que, no regime de espessura de alta frequência, o
modo quasi-SH0 no comprimento de onda 10 mm é a escolha mais adequada para
uma primeira avaliação, sem conhecimento prévio do espécime. No entanto, com o
conhecimento das características do espécimen avaliado, pode-se selecionar outros
modos que possam ter menor atenuação. Conclui-se que, uma seleção cuidadosa
do modo de operação mais adequado é fundamental para inspecionar defeitos em
dutos revestidos de interesse. Para os casos analisados, a saber, SH0 e SH1 com
comprimentos de onda de 25 mm, 20 mm, 15 mm e 10 mm, os modos de mais
adequados são SH1 em 25mm - 285 kHz, SH0 em 20 mm - 160 kHz, SH0 em 15
mm - 210 kHz, SH1 em 15 mm - 330 kHz, SH0 em 10 mm - 310 kHz e SH1 em
10 mm - 400 kHz, apresentando atenuação aproximada de 21 dB/m, 3 dB/m, 15
dB/m, 13 dB/m, 4 dB/m e 17 dB/m, respectivamente, e clara identificação do
defeito através de sua refletividade. Portanto, o presente estudo é útil no projeto
de um setup experimental confiável ao analisar um duto cujo revestimento possui
propriedades viscoelásticas. / [en] Shear horizontal (SH) ultrasonic guided waves are commonly used for
non-destructive evaluation of plates and pipes. In steel pipes, a coating layer
is often applied to the outer surface in order to prevent it from corrosion. The
applied coating layer presents considerably lower acoustic impedance than the
pipe main material, namely, steel, nevertheless, its presence significantly affects
the propagation characteristics of SH guided wave modes, since one deals with
a multilayered waveguide problem. Due to the viscoelastic properties of the
coating layer, ultrasonic guided wave modes that adequately propagate in an
equivalent bare pipe can become an unsuitable choice in a coated pipe, due to high
attenuation, rendering pipe inspection unfeasible. In this thesis, it was investigated
which SH guided wave modes are more adequate for circumferential inspections of
a coated pipe of interest, namely, a 6.35 mm thick steel pipe and a polyethylene
coating whose thicknesses varies. A semi-analytical model was used to calculate
the dispersion and attenuation curves and a finite element numerical model was
further exploited to investigate the propagating modes in coated waveguided
under the presence of defects. Results show that, in the analyzed cases, at the
high-frequency-thickness regime, the quasi-SH0 mode at 10 mm wavelength is the
most suitable choice for an evaluation with no previous knowledge of the specimen.
However, with knowledge of the characteristics of the evaluated specimen, it is
possible to select other modes that can have a lower attenuation. Therefore, a
careful selection of the most suitable operating mode is paramount in order to
inspect a defect with ultrasonic guided waves in pipes with coating. Considering
the studied cases, namely, SH0 and SH1 at of 25 mm, 20 mm, 15 mm, and 10 mm
wavelength, the most suitable SH guided wave modes are SH1 at 25mm - 285 kHz,
SH0 at 20 mm - 160 kHz, SH0 at 15 mm - 210 kHz, SH1 at 15 mm - 330 kHz,
SH0 at 10 mm - 310 kHz and SH1 at 10 mm - 400 kHz, showing approximated
attenuation of 21 dB/m, 3 dB/m, 15 dB/m, 13 dB/m, 4 dB/m and 17 dB/m,
respectively, and clear defect identification by mean of its reflectivity. Therefore,
the present study is useful in order to design a reliable experimental setup when
analyzing a pipe whose coating has viscoelastic properties.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:66017 |
| Date | 08 February 2024 |
| Creators | CHRISTIANO MOREIRA DO NASCIMENTO |
| Contributors | ALAN CONCI KUBRUSLY, ALAN CONCI KUBRUSLY, ALAN CONCI KUBRUSLY |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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