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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.85.2006.tde-22032012-164517
Document
Author
Full name
Mario Francisco Guerra Boaratti
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2006
Supervisor
Committee
Ting, Daniel Kao Sun (President)
Maiorino, José Rubens
Padovese, Linilson Rodrigues
Silva, Antonio Teixeira e
Zachariadis, Demetrio Cornilios
Title in Portuguese
Modelagem analítica da propagação de ondas de tensão em tubos de parede fina visando a localização de uma fonte pontual harmônica em sua superfície
Keywords in Portuguese
modelagem
ondas de tensão
propagação
tubo
Abstract in Portuguese
Vazamentos em tubos pressurizados geram ondas acústicas que se propagam através das paredes destes tubos, as quais podem ser captadas por acelerômetros ou por sensores de emissão acústica. O conhecimento de como estas paredes podem vibrar, ou de outro modo como as ondas acústicas se propagam neste meio, é fundamental em um processo de detecção e localização da fonte de vazamento. Neste trabalho, foi implementado um modelo analítico, através das equações de movimento da casca cilíndrica, com o objetivo de entender o comportamento da superfície do tubo em função de uma excitação pontual. Como a superfície cilíndrica é um meio fechado na direção circunferencial, ondas que iniciaram sua jornada, a partir de uma fonte pontual sobre a superfície, se encontrarão com outras que já completaram a volta na casca cilíndrica, tanto no sentido horário como no anti-horário, gerando interferências construtivas e destrutivas. Após um tempo suficiente, uma estacionariedade é atingida, criando pontos de picos e vales na superfície da casca, os quais podem ser visualizadas através de uma representação gráfica do modelo analítico criado. Os resultados teóricos foram comprovados através de medidas realizadas em uma bancada de testes composta de um tubo de aço terminado em caixa de areia, simulando a condição de tubo infinito. Para proceder à localização da fonte pontual sobre a superfície, adotou-se o processo de solução inversa, ou seja, conhecidos os sinais dos sensores dispostos na superfície do tubo, determina-se através do modelo teórico onde a fonte que gerou estes sinais pode estar.
Title in English
Analytic model of the stress waves propagation in thin wall tubes, seeking the location of a harmonic point source in its surface
Keywords in English
accelerometers
acoustic monitoring
analytical solution
cylinders
leaks
point sources
stresses
tubes
walls
wave propagation
Abstract in English
Leaks in pressurized tubes generate acoustic waves that propagate through the walls of these tubes, which can be captured by accelerometers or by acoustic emission sensors. The knowledge of how these walls can vibrate, or in another way, how these acoustic waves propagate in this material is fundamental in the detection and localization process of the leak source. In this work an analytic model was implemented, through the motion equations of a cylindrical shell, with the objective to understand the behavior of the tube surface excited by a point source. Since the cylindrical surface has a closed pattern in the circumferential direction, waves that are beginning their trajectory will meet with another that has already completed the turn over the cylindrical shell, in the clockwise direction as well as in the counter clockwise direction, generating constructive and destructive interferences. After enough time of propagation, peaks and valleys in the shell surface are formed, which can be visualized through a graphic representation of the analytic solution created. The theoretical results were proven through measures accomplished in an experimental setup composed of a steel tube finished in sand box, simulating the condition of infinite tube. To determine the location of the point source on the surface, the process of inverse solution was adopted, that is to say, known the signals of the sensor disposed in the tube surface, it is determined through the theoretical model where the source that generated these signals can be.
 
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Publishing Date
2012-04-04
 
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