Modeling Ultrasonic NDE and Guided Wave based Structural Health Monitoring

Structural Health Monitoring (SHM) systems require integration of non-destructive technologies into structural design and operational processes. Modeling and simulation of complex NDE inspection processes are important aspects in the development and deployment of SHM technologies. Ray tracing techniques are vital simulation tools to visualize the wave path inside a material. These techniques also help in optimizing the location of transducers and their orientation with respect to the zone of interrogation. It helps in increasing the chances of detection and identification of a flaw in that zone. While current state-of-the-art techniques such as ray tracing based on geometric principle help in such visualization, other information such as signal losses due to spherical or cylindrical shape of wave front are rarely taken into consideration. The problem becomes a little more complicated in the case of dispersive guided wave propagation and near-field defect scattering. We review the existing models and tools to perform ultrasonic NDE simulation in structural components. As an initial step, we develop a ray-tracing approach, where phase and spectral information are preserved. This enables one to study wave scattering beyond simple time of flight calculation of rays. Challenges in terms of theory and modelling of defects of various kinds are discussed. Various additional considerations such as signal decay and physics of scattering are reviewed and challenges involved in realistic computational implementation are discussed. Potential application of this approach to SHM system design is highlighted and by applying this to complex structural components such as airframe structures, SHM is demonstrated to provide additional value in terms of lighter weight and/or longevity enhancement resulting from an extension of the damage tolerance design principle not compromising safety and reliability.

Visualization of molecule interaction between antigen and antibody - One of ellipsometric imaging applications

It is to investigate molecule interactions between antigen and antibody with ellipsometric imaging technique and demonstrate some features and possibilities offered by applications of the technique. Molecule interaction is an important interest for molecule biologist and immunologist. They have used some established methods such as immufluorcence, radioimmunoassay and surface plasma resonance, etc, to study the molecule interaction. At the same time, experimentalists hope to use some updated technique with more direct visual results. Ellipsometric imaging is non-destructive and exhibits a high sensitivity to phase transitions with thin layers. It is capable of imaging local variations in the optical properties such as thickness due to the presence of different surface concentration of molecule or different deposited molecules. If a molecular mono-layer (such as antigen) with bio-activity were deposited on a surface to form a sensing surface and then incubated in a solution with other molecules (such as antibody), a variation of the layer thickness when the molecules on the sensing surface reacted with the others in the solution could be observed with ellipsometric imaging. Every point on the surface was measured at the same time with a high sensitivity to distinguish the variation between mono-layer and molecular complexes. Ellipsometric imaging is based on conventional ellipsometry with charge coupled device (CCD) as detector and images are caught with computer with image processing technique. It has advantages of high sensitivity to thickness variation (resolution in the order of angstrom), big field of view (in square centimeter), high sampling speed (a picture taken within one second), and high lateral resolution (in the order of micrometer). Here it has just shown one application in study of antigen-antibody interaction, and it is possible to observe molecule interaction process with an in-situ technique.

Fiber Bragg Gratings, IT Techniques and Strain Gauge Validation for Strain Calculation on Aged Metal Specimens

This paper studies the feasibility of calculating strains in aged F114 steel specimens with Fiber Bragg Grating (FBG) sensors and infrared thermography (IT) techniques. Two specimens have been conditioned under extreme temperature and relative humidity conditions making comparative tests of stress before and after aging using different adhesives. Moreover, a comparison has been made with IT tecniques and conventional methods for calculating stresses in F114 steel. Implementation of Structural Health Monitoring techniques on real aircraft during their life cycle requires a study of the behaviour of FBG sensors and their wiring under real conditions, before using them for a long time. To simulate aging, specimens were stored in a climate chamber at 70 degrees C and 90% RH for 60 days. This study is framed within the Structural Health Monitoring (SHM) and Non Destructuve Evaluation (NDE) research lines, integrated into the avionics area maintained by the Aeronautical Technologies Centre (CTA) and the University of the Basque Country (UPV/EHU).

Determination Of Interfacial Properties Between Metal Film And Ceramic Substrate With An Adhesive Layer

Peel test measurements and inverse analysis to determine the interfacial mechanical parameters for the metal film/ceramic system are performed, considering that there exist an epoxy interface layer between film and ceramic. In the present investigation, Al films with a series of thicknesses between 20 and 250 mu m and three peel angles of 90, 135 and 180 degrees are considered. A finite element model with the cohesive zone elements is used to simulate the peel test process. The finite element results are taken as the training data of a neural network in the inverse analysis. The interfacial cohesive energy and the separation strength can be determined based on the inverse analysis and peel experimental result. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Metalak eta metaloideak itsasadarretan: kutsadura jarraitzeko erreminta analitikoen

265 p.

A new high-order Fourier continuation-based elasticity solver for complex three-dimensional geometries

This thesis presents a new approach for the numerical solution of three-dimensional problems in elastodynamics. The new methodology, which is based on a recently introduced Fourier continuation (FC) algorithm for the solution of Partial Differential Equations on the basis of accurate Fourier expansions of possibly non-periodic functions, enables fast, high-order solutions of the time-dependent elastic wave equation in a nearly dispersionless manner, and it requires use of CFL constraints that scale only linearly with spatial discretizations. A new FC operator is introduced to treat Neumann and traction boundary conditions, and a block-decomposed (sub-patch) overset strategy is presented for implementation of general, complex geometries in distributed-memory parallel computing environments. Our treatment of the elastic wave equation, which is formulated as a complex system of variable-coefficient PDEs that includes possibly heterogeneous and spatially varying material constants, represents the first fully-realized three-dimensional extension of FC-based solvers to date. Challenges for three-dimensional elastodynamics simulations such as treatment of corners and edges in three-dimensional geometries, the existence of variable coefficients arising from physical configurations and/or use of curvilinear coordinate systems and treatment of boundary conditions, are all addressed. The broad applicability of our new FC elasticity solver is demonstrated through application to realistic problems concerning seismic wave motion on three-dimensional topographies as well as applications to non-destructive evaluation where, for the first time, we present three-dimensional simulations for comparison to experimental studies of guided-wave scattering by through-thickness holes in thin plates.

The deep ocean density structure at the Last Glacial Maximum : What was it and why?

The search for reliable proxies of past deep ocean temperature and salinity has proved difficult, thereby limiting our ability to understand the coupling of ocean circulation and climate over glacial-interglacial timescales. Previous inferences of deep ocean temperature and salinity from sediment pore fluid oxygen isotopes and chlorinity indicate that the deep ocean density structure at the Last Glacial Maximum (LGM, approximately 20,000 years BP) was set by salinity, and that the density contrast between northern and southern sourced deep waters was markedly greater than in the modern ocean. High density stratification could help explain the marked contrast in carbon isotope distribution recorded in the LGM ocean relative to that we observe today, but what made the ocean's density structure so different at the LGM? How did it evolve from one state to another? Further, given the sparsity of the LGM temperature and salinity data set, what else can we learn by increasing the spatial density of proxy records?

We investigate the cause and feasibility of a highly and salinity stratified deep ocean at the LGM and we work to increase the amount of information we can glean about the past ocean from pore fluid profiles of oxygen isotopes and chloride. Using a coupled ocean--sea ice--ice shelf cavity model we test whether the deep ocean density structure at the LGM can be explained by ice--ocean interactions over the Antarctic continental shelves, and show that a large contribution of the LGM salinity stratification can be explained through lower ocean temperature. In order to extract the maximum information from pore fluid profiles of oxygen isotopes and chloride we evaluate several inverse methods for ill-posed problems and their ability to recover bottom water histories from sediment pore fluid profiles. We demonstrate that Bayesian Markov Chain Monte Carlo parameter estimation techniques enable us to robustly recover the full solution space of bottom water histories, not only at the LGM, but through the most recent deglaciation and the Holocene up to the present. Finally, we evaluate a non-destructive pore fluid sampling technique, Rhizon samplers, in comparison to traditional squeezing methods and show that despite their promise, Rhizons are unlikely to be a good sampling tool for pore fluid measurements of oxygen isotopes and chloride.

Microtomografia com Raio X e processamento de imagem na obtenção da porosidade do concreto

O objetivo principal desse trabalho foi utilizar métodos não destrutivos (END), como a microtomografia com Raio X e técnicas de obtenção e processamento de imagens, para obtenção da porosidade do concreto. Foram utilizados dois métodos. Em um método as imagens foram obtidas por meio de microtomografia por Raio X e no outro foi utilizado um escâner comercial para obtenção das imagens. Essas imagens foram processadas por meio de técnicas de processamento de pixel e morfologia matemática. Os resultados obtidos para a porosidade foram comparados com resultado obtido por meio do método proposto pela NBR 9778 (2005) (Absorção de água, índice de vazios e massa específica em argamassa e concreto endurecido). As imagens microtomográficas das amostras de concreto foram obtidas num sistema Skyscan 1172 com 256 tons de cinza, ajustadas em contraste, binarizadas e filtradas. No outro método foi utilizado um Escâner Comercial com resolução de 2400 dpi para adquirir as imagens, sendo também utilizadas técnicas de processamento de pixel e morfologia matemática para processá-las. Os resultados dos valores da porosidade mostraram compatibilidade entre os dois métodos apresentados e o método proposto pela NBR 9778 (2005). Observou-se que os resultados obtidos por microtomografia foram mais confiáveis, mas o método utilizando o escâner comercial se apresentou como um método aceitável por seus resultados e principalmente por seu baixo custo e facilidade de operação.

不同产地绿松石无损检测及岩相结构特征研究

概述了绿松石的使用历史和产地来源。利用质子激发X射线荧光光谱（PIXE）、X射线衍射（XRD）及扫描电镜（SEM）技术对来自伊朗、湖北郧县和西藏等地的绿松石样品进行岩石矿物学特征分析，从成分组成方面探讨绿松石的呈色机理。结果显示，不同产地、不同质地绿松石的成分组成存在较大差别，但主成分含量基本一致；绿松石的颜色主要由其中CuO和Fe2O3的含量比值变化决定，比值由大至小，实现了绿松石颜色由天蓝色到绿色的转变。

蛇纹石质古玉器的无损分析研究

蛇纹石玉是我国利用最早的玉石之一。采用外束质子激发x射线荧光（PIXE）、x射线衍射（XRD）和拉曼光谱（Raman）技术对我国出土的古玉器以及辽宁省岫岩县出产的蛇纹石玉石进行矿物特征分析。通过对古玉器和玉石的对比研究，成功地对古玉器中的蛇纹石质玉器进行了无损鉴定，总结得出了蛇纹石质古玉器的无损鉴别方法，对于深化我国古玉器的研究具有重要意义。微量元素特征分析有助于探索古玉器玉料的来源。

河南南阳独山玉的岩相结构和无损分析(英文)

河南南阳独山玉的开采历史可以追溯到新石器时代,在我国玉文化中占有重要地位。鉴于当前对独山玉进行无损鉴别的方法较少,利用质子激发X荧光技术(proton induced X-ray emission,PIXE)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、激光Raman光谱(laser Raman spectroscopy,LRS)和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)等技术对河南南阳独山玉料进行岩石矿物学分析。结果表明:独山玉主要由钙长石矿物构成,晶粒细小且结合紧密的显微结构与独山玉具有极高的稳定性有较大关系。PIXE,XRD和Raman技术作为无损分析方法为鉴定独山玉提供了准确有效的方法,为研究贵重的古玉样品提供了技术支持。

Avaliação temporal da poluição por antiincrustantes organoestânicos no litoral do Estado do Rio de Janeiro: antes e após o banimento nacional e internacional

Tintas antifoulings são utilizadas para evitar a incrustação de organismos em estruturas submersas, especialmente casco de embarcações. Os compostos organoestânicos (OTs), utilizados nessas tintas, entre eles o tributilestanho, são desreguladores endócrinos e causaram diversos danos aos ecossistemas marinhos. No caso dos moluscos gastrópodes, esse tipo de poluição faz com que as fêmeas adquiram características masculinas, como vaso deferente e pênis, fenômeno esse conhecido como imposex. A Organização Marítima Internacional (IMO) estabeleceu o banimento de tintas à base de COEs nas embarcações, em 2008. No Brasil, a NORMAM 23, proibiu o uso em 2007, contudo a Marinha já havia suspendido seu uso desde 2003. Entretanto, efeitos deletérios destes compostos ainda são detectados em vários países, inclusive ao longo do litoral brasileiro. Esse trabalho teve como objetivo principal fazer uma avaliação temporal (1997-2012) da poluição por organestânicos na costa do Estado do Rio de Janeiro utilizando como bioindicador a espécie Stramonita haemastoma. A área de estudo abrangeu cinco regiões: Paraty, Ilha Grande, Baia de Ilha Grande, Baia de Guanabara e Arraial do Cabo. Análises químicas de butilestânicos foram feitas em sedimentos superficiais de mangues de Paraty (Mangue do Estaleiro e mangue do Saco do Mamanguá) e Ilha Grande (Mangue do Aventureiro) sendo os dois últimos considerados áreas de referência. Em cada estação de biomonitoramento foram coletados 30 indivíduos sexualmente adultos da espécie S. haemastoma, através de mergulho livre em apnéia e analisados através do método não destrutivo proposto por nosso grupo de pesquisa. Em todas as cinco áreas analisadas ao longo da costa do Estado do Rio de Janeiro foram registradas estações com altos índices de imposex. Apesar de muitas estações apresentarem diminuição nos índices, na maioria ocorreu um aumento ou conservação alta na porcentagem de imposex depois do banimento. As concentrações médias de butilestânicos no mangue (S1), perto de fontes locais, foram 205,7 16,8 ng (Sn) g-1 de TBT, 16,4 1,3 ng (Sn) g-1 de DBT e 10,0 2,9 ng (Sn) g-1 de MBT. Nas áreas de referência: mangue do Saco do Mamanguá (S2) foram 16,0 0,8 ng (Sn) g-1 de TBT, 10,1 1,4 ng (Sn) g-1 de DBT e 10,1 2,2 ng (Sn) g-1 de MBT e mangue do Aventureiro (S3) com 18,1 4,2 ng (Sn) g-1 de TBT, 15,3 0,5 ng (Sn) g-1 de DBT e 10,2 1,5 ng (Sn). g-1 de MBT. As taxas de degradação foram de 01, 1,3 e 1,4 respectivamente indicando inputs recentes desses compostos. Os resultados deste estudo indicam que carbono orgânico dissolvido e particulado, bem como xenoestrógenos podem estar interferindo no desenvolvimento da síndrome, levando a subestimação de avaliação do imposex. As concentrações de butilestânicos, além do aumento ou continuidade alta na incidência de imposex após o banimento na maioria das estações indicam que, apesar da proibição do uso do TBT em tintas antiiincrustantes no Brasil, elas ainda estão sendo utilizadas de forma ilegal, especialmente em pequenos barcos. Esse estudo é fundamental para se propor medidas de mitigação e controle dos compostos organoestânicos, até mesmo dos novos antifoulings TBT- free, que também possuem efeitos prejudiciais ao ambiente. Além disso, as áreas onde se registrou altos índices de imposex serão essenciais para o monitoramento dos efeitos desses novos antifoulings.

Quantum Simulation of Dissipative Processes without Reservoir Engineering

We present a quantum algorithm to simulate general finite dimensional Lindblad master equations without the requirement of engineering the system-environment interactions. The proposed method is able to simulate both Markovian and non-Markovian quantum dynamics. It consists in the quantum computation of the dissipative corrections to the unitary evolution of the system of interest, via the reconstruction of the response functions associated with the Lindblad operators. Our approach is equally applicable to dynamics generated by effectively non-Hermitian Hamiltonians. We confirm the quality of our method providing specific error bounds that quantify its accuracy.

Medição de espessura de filmes eletrodepositados em suporte metálico por EDXRF

Esse trabalho apresenta a técnica de fluorescência de raios X por dispersão de energia (EDXRF) para calcular a espessura de filmes metálicos finos por ser de custo relativamente baixo, não destrutiva e que permite também uma análise qualitativa e até quantitativa dos elementos do revestimento. As espessuras do Níquel, Zinco e Cromo sobre aço, foram calculadas utilizando cinco procedimentos diferentes e todas as relações matemáticas obtidas foram baseadas na lei de atenuação de Beer-Lambert, que relaciona as intensidades Kα e/ou Kβ e as relações específicas do material (coeficiente de atenuação, μm). Os resultados experimentais para as espessuras do Zinco e Níquel, utilizando somente a intensidade Kα, apresentaram valores próximos dos valores estimados. Quando foi considerada a razão Kα/Kβ, os resultados experimentais divergiram bastante do estimado. Para calcular a espessura do Cromo foi necessário utilizar um método em que as camadas são calculadas separadamente, pois o revestimento de Cromo é composto por múltiplas camadas (Cromo, Cobre e Níquel), Os resultados para a espessura do Cromo foram satisfatórios.

Dinâmica de crescimento em Tabebuia rosea (Bertol.) Bertero ex A.DC. (Bignoniaceae): fenologia apical e cambial caulinar

O estudo da dinâmica de crescimento em espécies arbóreas permite melhor compreender a adaptação de uma espécie ao ambiente em que se desenvolve. Dados dessa natureza ainda são escassos no Brasil considerando-se a diversidade de espécies e fitofisionomias existentes. Esse tipo de estudo tem sido apontado como de grande relevância principalmente diante das situações atuais de desmatamento e mudanças climáticas, que exigem recuperação de áreas degradadas e prospectar como as espécies nativas sobreviveram diante deste ambiente de aceleradas mudanças. Nesta perspectiva, o objetivo deste trabalho foi investigar a dinâmica de crescimento de Tabebuia rosea, por meio do monitoramento mensal da fenologia apical e cambial caulinar e dos teores dos pigmentos fotossintetizantes: clorofilas a, b, totais e carotenoides. Os resultados obtidos foram correlacionados entre si e também com a sazonalidade das variáveis ambientais: temperatura, precipitação e fotoperíodo. No que se refere aos teores dos pigmentos fotossintetizantes, foi também avaliada as oscilações observadas nas folhas obtidas nas orientações geográficas: norte, sul, leste e oeste. O trabalho foi desenvolvido no Campus da Universidade do Estado do Rio de Janeiro, RJ, Brasil. A fenologia dos ápices caulinares foi acompanhada mensalmente a partir de observações qualitativas e quantitativas em 15 indivíduos. As amostras contendo a zona cambial foram obtidas por método não destrutivo e processadas segundo as técnicas usuais em histologia vegetal. A extração dos pigmentos fotossintéticos foi realizada em acetona 80%, com posterior centrifugação e análise ao espectrofotômetro em diferentes comprimentos de onda. Tabebuia rosea apresentou aumento na largura da zona cambial em número de camadas celulares e em micrômetros, diminuição do diâmetro radial da célula inicial fusiforme e aumento em micrômetros da camada de células em processo de alongamento e diferenciação do xilema secundário no mesmo período em que a copa das árvores estava ocupada por folhas adultas e com os teores mais elevados de clorofilas nas folhas, coincidindo com o período em que as variáveis ambientais apresentaram-se elevadas, corroborando os resultados já obtidos para outras espécies nativas da Mata Atlântica se desenvolvendo no estado do Rio de Janeiro. A maior concentração de carotenoides foi observada no período em que as variáveis ambientais apresentavam índices elevados e as plantas estavam mais expostas à radiação luminosa, possivelmente em função de um maior investimento em fotoproteção. Cabe destacar que o lado oeste da copa das árvores mostrou uma tendência em apresentar maiores concentrações dos pigmentos fotossintéticos estudados, resultado ainda não observado na literatura até o momento, o que pode ser uma estratégia da espécie em compensar níveis baixos de radiação solar com acúmulo de clorofilas.