Issue 11

A. Pantano et alii, Frattura ed Integrità Strutturale, 11 (2009) 49-63 ; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.11.05 49 Modello numerico per la simulazione e l’ottimizzazione di controlli non distruttivi con ultrasuoni A. Pantano, D. Cerniglia Università degli Studi di Palermo, Dipartimento di Meccanica, Viale delle Scienze, 90128, Palermo apantano@dima.unipa.it, cerniglia@dima.unipa.it R IASSUNTO . I controlli non distruttivi basati sull’impiego di ultrasuoni sono ampiamente usati per la loro efficacia e affidabilità nel rilevamento di difetti. La generazione di onde ultrasonore e la propagazione in strutture di forma non regolare sono difficili da analizzare, soprattutto se la sorgente impiegata è un laser. Le tecniche numeriche per la simulazione del fenomeno reperibili in letteratura mostrano limiti di applicabilità per frequenze nel campo dei MHz e lunghezze d’onda molto corte. In questo lavoro presentiamo un metodo numerico in grado di risolvere accuratamente ed efficientemente problemi di generazione di onde ultrasonore tramite laser, con frequenze nel range dei MHz, e di propagazione in corpi relativamente estesi. La ricezione viene simulata con la propagazione degli ultrasuoni in aria, al fine di poter ottimizzare la configurazione completa per controlli non distruttivi con ultrasuoni senza contatto. Diverse configurazioni di ispezione sono state prima simulate tramite l’analisi numerica e poi riprodotte sperimentalmente per confrontare i risultati. A BSTRACT . Non-destructive testings (NDT) based on ultrasonic methods are extensively used for their effectiveness and reliability in detecting defects. The generation of ultrasonic waves and propagation in non- regular geometries are difficult to analyze, especially if the source used is a laser. Numerical techniques to simulate the phenomenon found in literature have proved to be limited in their applicability by the frequencies in the MHz range and very short wavelengths. In this paper we present a numerical method to accurately and efficiently solve problems of laser-generated ultrasounds, with frequencies in the MHz range, and propagation in relatively large bodies. Detection is simulated with the propagation of ultrasounds in air, to optimize the complete configuration for non-contact ultrasonic NDT. Different configurations of inspections have been first simulated using numerical analysis and then reproduced experimentally to compare the results. P AROLE CHIAVE . Controlli non distruttivi, Metodi numerici. I NTRODUZIONE e tecniche di ispezione ad ultrasuoni, ampiamente usate per il rilievo di difetti, sono in continua evoluzione soprattutto per l’introduzione e lo sviluppo di nuove sonde e metodi. Le tecniche convenzionali si basano generalmente sull’uso di trasduttori a contatto, in cui l’ispezione dipende dalle condizioni di contatto (pressione, mezzo di accoppiamento, area di contatto). Gli sviluppi degli ultimi decenni sono diretti alla considerazione di sonde e metodi senza contatto con la struttura [1-2]. L'uso del laser, sia come sorgente di ultrasuoni che come dispositivo di ricezione, è in continuo sviluppo poiché consente l'ispezione remota, realizzabile in dinamico e automatizzabile guidando il raggio laser attraverso bracci ottici [3-5]. La propagazione di onde ultrasonore generate tramite laser in strutture di forma non regolare è un fenomeno difficile da analizzare, considerato che le onde includono i modi longitudinali, trasversali e di superficie e che propagando attraverso L