Estudio de sistemas ultrasónicos basados en multitransductores para la detección de defectos en estructuras tipo placa

• Autores: Yago Gómez-Ullate Ricón
• Directores de la Tesis: Manuel Recuero López (dir. tes.), Francisco Montero de Espinosa Freijo (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2008
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio Vizán Idoipe (presid.), Julio Muñoz García (secret.), Miguel J. García Hernández (voc.), Alfredo Güemes Gordo (voc.), Alberto Ibáñez Rodríguez (voc.)
• Materias:
  • Física
    • Acústica
      • Ultrasonidos
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología electrónica
      • Dispositivos ultrasónicos
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
• Resumen

  • Una de las principales fuentes de daño en estructuras tipo placa fabricadas en aluminio o material compuesto es la formación de grietas y delaminaciones por fatiga. En la actualidad existen diversas técnicas para la inspección de estas estructuras, pero consumen mucho tiempo, son costosas y requieren que el sistema a medir esté inactivo. Una alternativa son las técnicas de detección de defectos mediante ondas de Lamb. Su uso cobra especial interés en el caso de estructuras tipo placa debido a sus relevantes propiedades: propagación sobre largas distancias y sobre todo el espesor de la placa, y sensibilidad a daños internos producidos en la estructura. Este concepto implica el uso de delgados transductores piezoeléctricos integrados en la estructura y permite la monitorización de grandes superficies con un reducido número de transductores. En esta tesis se ha presentado el estudio, diseño y fabricación de un sistema de detección de defectos en estructuras tipo placa. Mediante la excitación de una serie de cerámicas piezoeléctricas pegadas en la misma (sistema multitransductor) se generan las denominadas ondas de Lamb. Estas ondas, capaces de recorrer grandes distancias con pequeña atenuación, aportan información relevante sobre el estado de la estructura a inspeccionar. Con este sistema de detección de defectos se pretende llegar a obtener una imagen del estado de la estructura. De esta manera, en el caso de la existencia de algún defecto se puede disponer de la información adecuada para su correcta identificación. Este sistema de detección de daños esta pensado para ser un sistema de bajo coste y de fácil integración en la estructura aeronáutica para facilitar futuras revisiones de mantenimiento. El presente trabajo es el resultado de varios contratos con las empresas Aernnova (antes Gamesa Aeronáutica) y Tecnatom, dentro del marco del proyecto europeo Artima. Una parte del presente trabajo ha resultado premiada como la mejor aplicación práctica en el Third European Workshop on Structural Health Monitoring celebrado en Granada en Julio del año 2006. ABSTRACT Principal sources of damage in aluminium or composite material plate-like structures are crack propagation under fatigue loading and delamination. Currently there exist several techniques for inspecting these structures, such as aircraft panels, but these are very time consuming and expensive, and require the aircraft involved to be taken out of service. The use of ultrasonic Lamb waves is emerging as one of the most effective techniques for damage detection in aeronautical structures. This requires the use of thin piezoelectric transducers integrated into the structure and has the advantages of long-range propagation, sensitivity to internal flaws and whole-thickness coverage. This thesis presents the study, design and development of a damage detection system for plate-like structures. Lamb waves are generated and detected by several piezoceramic sensor/actuators bonded to the structure (a multi-transducer system). By propagating over large distances with low attenuation these waves provide information about the integrity of the entire structure monitored. The developed system allows a 2D image of the inspected structure to be obtained, and thus enable defects to be detected. The developed prototype is a low-cost system, designed to be easily and permanently integrated into critical structural locations so as to facilitate life-cycle management decisions. This work has benefited from several research contracts from Aernnova (Gamesa Aeronaútica) and Tecnatom within the European project Artima. Additionally, one component of the research has been awarded the Best Practical Application in the Third European Workshop on Structural Health Monitoring, celebrated in Granada (Spain) in July 2006.