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Doutorado - Rosalba da Costa

por dirppg-ct publicado 20/05/2020 09h15, última modificação 20/05/2020 09h15
Métodos não Destrutivos para Caracterização de Materiais Utilizando-se a Técnica Ultrassônica
Quando
29/05/2020
de 09h00 até 13h00
(America/Sao_Paulo / UTC-300)
Onde
Link para a defesa <https://meet.google.com/exo-pnni-bjy>
Pessoa de contato
Prof. Joaquim Miguel Maia, Dr.
Participantes
Orientador(a): Prof. Joaquim Miguel Maia, Dr. - UTFPR
Banca examinadora:
Presidente: Prof. Joaquim Miguel Maia, Dr. - UTFPR
Prof. Wagner Coelho de Albuquerque Pereira, Dr. - UFRJ
Prof. José Carlos da Cunha, Dr. - UFPR
Prof. Pedro Miguel Gewehr, Dr. - UTFPR
Prof. Amauri Amorin Assef, Dr. - UTFPR
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Resumo: A liga de alumínio é essencialmente utilizada na fabricação de máquinas automatizadas, em estruturas aéreas, automotivas, biomédicas e em ferramentas que executam funções que exigem resistência, leveza e precisão nos movimentos. O processo de monitoramento e caracterização desse material é muito importante para garantia da qualidade das estruturas. Este trabalho teve por objetivo propor uma nova metodologia para ensaios não destrutivos e caracterização de materiais utilizando a atenuação das ondas ultrassônicas e a impedância elétrica de cerâmicas piezoelétricas acopladas a barras de alumínio. Foram utilizadas 18 amostras (barras de alumínio de dimensões 250,0 mm × 50,0 mm × 50,0 mm), sendo que em quatorze destas foram feitos três furos separados de 50,0 mm com diferentes diâmetros simulando falhas e quatro delas foram mantidas intactas e utilizadas como referência (sem furos). Também foram feitos testes em cinco amostras de placas de alumínio com dimensões de 500,0 mm × 500,0 mm × 4,0 mm, sendo uma de referência e outras quatro com três furos separados de 125 mm simulando falhas. Um transdutor com frequência central de 1,6 MHz e três cerâmicas piezoelétricas (APC 855 quadradas de dimensões 12,7 mm × 12,7 mm × 0,52 mm e circulares de 12,7 mm × 0,267 mm e 12,7 mm × 1 mm) foram acopladas em cada barra, próximas às falhas e na mesma posição para a referência. Nas placas de alumínio foram utilizadas três cerâmicas circulares de 19,05 mm de diâmetro e 3,00 mm de espessura. Para a análise de impedância elétrica foi utilizado o equipamento Agilent 4194A. A avaliação da atenuação das ondas ultrassônicas foi feita utilizando-se um gerador de função Tektronix AFG3021 para excitação das cerâmicas piezoelétricas acopladas às barras de alumínio com um pulso único senoidal de 20 Vpp nos modos transmissão-recepção e pulso-eco, nas frequências de 90 kHz, 145 kHz, 230kHz e 376 kHz. As cerâmicas piezoelétricas acopladas às placas de alumínio foram excitadas com o mesmo tipo de pulso na frequência de 104 kHz. A avaliação da atenuação em banda larga (BUA) foi feita utilizando-se dois pares de transdutores de frequência central nominal de 500 kHz e 5 MHz. Os sinais foram adquiridos em um osciloscópio digital Tektronix TDS2022 e transferidos a um computador para serem processados no aplicativo em MATLAB®. Os resultados obtidos mostraram que a técnica proposta é viável para a identificação de falhas em estruturas metálicas de alumínio, permitindo a caracterização desses materiais utilizando-se baixas frequências.
Palavras-chave: Ultrassom. Caracterização de materiais. Impedância elétrica. Atenuação.

Non-destructive methods for material characterization using the ultrasound technique
Abstract: Aluminum alloys are mainly used to manufacture automated machinery and in aeronautic, automotive, and biomedical structures, as well as in tools that perform functions requiring strength, lightness, and precise movements. Monitoring and characterization of this material is very important to guarantee quality for those structures. This study proposes a new methodology for nondestructive testing and characterization of these materials using attenuation of ultrasonic waves and electrical impedance of piezoelectric ceramic plates attached to aluminum alloy bars. Eighteen solid aluminum bars measuring 250,0 mm × 50,0 mm × 50,0 mm were used; in fourteen, three holes of varying diameters and depths were drilled to simulate defects, while four bars were left intact as a reference. Tests were also carried out on five samples of aluminum plates with dimensions of 500,0 mm × 500,0 mm × 4,0 mm, one being a reference and the other four with three holes separated by 125 mm. A 1.6 MHz center frequency transducer, three piezoelectric ceramic plates measuring 12.7 mm × 12.7 mm × 0.52 mm, three ceramic discs of 12.7 mm × 0.267mm and of 12.7 mm × 1.0 mm were attached to each bar near the manufactured defects and at the same position in the reference sample. To evaluate the aluminum plates, three circular piezoelectric ceramics of 19.05 mm in diameter and 3.00 mm in thickness were attached to each plate. Electrical impedance was assessed, and attenuation of the ultrasonic waves was measured using a function generator to excite the ceramic plates attached to the aluminum bars with a single 20 Vpp sine pulse in transmit/receive and pulse-echo modes at 90 kHz, 145 kHz, 230 kHz, and 376 kHz. The piezoelectric ceramics attached to the aluminum plates were excited with the same type of pulse at a frequency of 104 kHz. Broadband attenuation was assessed using two pairs of transducers with nominal center frequency of 500 kHz and 5 MHz. The signals were acquired using a Tektronix TDS2022 digital oscilloscope and then processed in MATLAB®. The results showed the viability of this technique for identifying defects in metallic aluminum structures and characterizing these materials using lower frequencies.
Keywords: Ultrasound. Material characterization. Electric impedance. Attenuation.


Lista de publicações: DA COSTA, ROSALBA ; MAIA, JOAQUIM M. ; ASSEF, AMAURI A. ; PICHORIM, SERGIO F. ; GEWEHR, PEDRO M. ; COSTA, EDUARDO T. . Defect Detection in Aluminum Bars Using Impedance and Ultrasonic Attenuation. IEEE Sensors Journal, v. 1, p. 1-14, 2020. DOI: 10.1109/JSEN.2020.2978427.

COSTA, R. ; MAIA, J. M. ; ASSEF, A. A. ; PICHORIM, S. F. ; COSTA, E. T. ; BUTTON, V. L. S. N. . Monitoring the integrity of massive aluminum structures using PZT transducers and the technique of impedance. In: SPIE SMART STRUCTURES/NDE 2015 - Structural Health Monitoring and Inspection of Advanced Materials, Aerospace, and Civil Infrastructure, 2015, San Diego. Proceedings of the SPIE SMART STRUCTURES/NDE 2015. Bellingham, WA, USA: SPIE, 2015. v. 4937. p. 1-7.

COSTA, R. ; MAIA, J. M. ; PICHORIM, S. F. ; ASSEF, A. A. ; BUTTON, V. L. S. N. ; COSTA, E. T. . Detecção de falhas em estruturas maciças de alumínio utilizando a técnica da impedância. In: XXIV Congresso Brasileiro de Engenharia Biomédica - CBEB2014, 2014, Uberlândia. Anais do CBEB2014, 2014. p. 1212-1215.