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Generación de curvas de dispersión de ondas guiadas basado en elementos finitos de frontera escalada para placas y tuberías

Resumen

En esta tesis se presenta un modelo semi-analítico para generar las curvas de dispersión de las ondas guiadas ultrasónicas utilizadas en el contexto del monitoreo de la salud estructural y la inspección no destructiva de materiales. El reto de este trabajo fue desarrollar un algoritmo para implementar el método de elementos finitos de frontera escalada, para guías de onda tipo placa y tubería, que incluye el efecto de los recubrimientos viscoelásticos sobre la propagación de diferentes modos de onda como alternativa eficiente de solución. La implementación se basó en dos enfoques de mallado de la sección transversal de la guía de onda, realizando una comparación entre ellas. En el primer enfoque se utilizaron elementos finitos isoparamétricos unidimensionales y en el segundo elementos finitos espectrales en el cual se ubican los nodos bajo la formulación particular Gauss-Lobatto-Legendre; de esta manera se implementó el algoritmo con dos formas de solución. Se obtuvieron las curvas de dispersión de velocidad de grupo de forma experimental con diferentes técnicas de adquisición de ondas guiadas Lamb en placas, con el fin de realizar una validación de los resultados obtenidos con el algoritmo desarrollado. En este sentido, las ondas Lamb se generaron mediante incidencia angular con las técnicas de acoplamiento por contacto y proponiendo una forma alternativa de acoplamiento localizado por agua, en placas de acero en buen estado y con defectos artificiales. Los resultados revelan que el método propuesto tiene concordancia con las referencias utilizadas, generando las curvas de dispersión con o sin el efecto del recubrimiento viscoelástico para el rango de frecuencia seleccionado, con bajo costo computacional. Finalmente, de las observaciones a los resultados obtenidos se propone un procedimiento para seleccionar posibles condiciones de generación de ondas guiadas que logren mayor alcance de barrido para aplicaciones futuras de la técnica.