Controlli non distruttivi e caratterizzazione meccanica di materiali e componenti meccanici mediante tecniche di termografia ad infrarossi.

Progetto: Research project

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Description

La presente ricerca, mediante l’uso di tali sistemi, si propone di sviluppare alcune tecniche termografiche per la caratterizzazione meccanica e la valutazione non distruttiva (NDE) di materiali e componenti meccanici. In particolare si prevede l’implementazione di tecniche di analisi delle tensioni basate sull’effetto termoelastico (Thermoelastic Stress Analysis - TSA), e di termografia attiva, quali: Optical Thermography (OT) e Lock-in Thermography (LT). Un interesse particolare è inoltre rivolto all’implementazione delle tecniche citate su materiali compositi fibro-rinforzati con matrice polimerica.

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Le tecniche di Thermoelastic Stress Analysis e le tecniche di termografia attiva di topo lock-in, per il controllo non distruttivo del materiale, rappresentano i due filoni di principale interesse nell’ambito della valutazione strutturale di materiali e strutture mediante termografia. In particolare una efficace implementazione di tali tecniche prevede sia la disponibilità di strumenti per la misura della temperatura dotati di elevata risoluzione e velocità d’acquisizione, che l’impiego di particolari trattamenti del segnale di misura. In particolare sia le tecniche TSA che le tecniche di Lock-In Thermography impiegano un trattamento del segnale di misura simile, in grado di realizzare una correlazione in frequenza e fase tra lo stesso segnale di misura ed un segnale di riferimento (correlazione di tipo lock-in). I sistemi commerciali disponibili impiegano dei particolari moduli per la correlazione di tipo lock-in di tipo hardware, capaci di processare il segnale in tempo reale. Tali sistemi, di bassa diffusione, hanno costi elevati e sono difficilmente modificabili e personalizzabili dall’utente finale. Ciò ne ha di fatto limitato la diffusione presso centri di ricerca e sviluppo, con il risultato di rallentare lo sviluppo delle tecniche di indagine termografica associate, e le relative potenzialità applicative in ambito industriale. La presente ricerca, che prevede l’impiego di termocamere di fascia media, si propone come obiettivo principale quello di implementare algoritmi di post-processamento del segnale termografico di tipo lock-in adatti per condurre indagini sia di tipo TSA che di lock-in thermography. Gli algoritmi proposti e analizzati, opereranno in fase di post-processamento, con un delay temporale tra ingresso ed uscita. Il vantaggio principale di questo approccio, oltre al minor costo delle attrezzature impiegate, sarà quello di fornire un diretto controllo di tutte le fasi di processamento del segnale e di intervenire in maniera mirata con soluzioni specifiche per le differenti caratteristiche dei segnali trattati. Un ulteriore obiettivo della presente ricerca è quello di impiegare gli algoritmi di lock-in messi a punto, e le relative tecniche di indagine e set-up sperimentali, per l’analisi strutturale di materiali compositi a matrice polimerica. Una applicazione è in particolare proposta relativa all’impiego di patches in materiale ortotropo FRP da incollare su componenti in composito o metallo, e da utilizzare come estensimetri termoelastici, attraverso la rilevazione del segnale termoelastico sulla patch e la correlazione quantitativa di quest’ultimo con il campo di deformazione del substrato. Linee di azione della ricerca proposta. a) Valutazione delle modalità di campionamento del segnale termografico in base alla tipologia di termocamera disponibile. Sviluppo in ambiente Matlab di algoritmi di lock-in basati su analisi FFT (Fast Fourier Transform). Verifica ed ottimizzazione degli algoritmi di lock-in mediante segnali termografici simulati (affetti da diversi livelli di rumore), e segnali reali acquisiti nel corso di prove su provini in materiale composito sottoposti a sollecitazione ciclica. L’influenza di fenomeni dissipativi irreversibili verrà analizzata monitorando la temperatura dei provini durante le prove, sia in superficie (mediante termocoppie), che all’interno del provino mediante sensori a fibra ottica con reticoli di Bragg (FBG). Elevati campi di deformazione durante test meccanici di sollecitazione ciclica, determinano l’acquisizione di un segnale termoelastico soggetto all’influenza dello spostamento dei punti del componente; detto effetto verrà valutato mediante analisi indipendenti dei campi di spostamento con tecniche di digital image correlation. b) Con riferimento allo studio ed implementazione di patch estensimetriche in materiale ortotropo, si procederà alle seguenti azioni: Analisi teorica delle relazioni qu
StatoAttivo
Data di inizio/fine effettiva1/1/07 → …

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