Modelagem de ensaios não destrutivos por ultra-som utilizando o método dos elementos finitos. - San Miguel Medina, Jimmy Ernesto (2005)
Os modelos existentes de propagação de ondas de ultra-som em meios líquidos e sólidos consideram a geração e recepção das ondas produzidas por transdutores simulados segundo o modelo do pistão plano ou com excitações cuja amplitude varia radialmente no pistão. Esses modelos são simplificados e não explicam completamente o comportamento real de transdutores de ultra-som interagindo com líquidos e sólidos. As verificações experimentais de propagação da onda de ultra-som em meios líquidos mostram que a onda de borda é diferente da onda plana. Observa-se também a existência de outras ondas não previstas nos modelos anteriores. Essas ondas são conhecidas como ondas head. A utilização do método dos elementos finitos (MEF) para a modelagem de propagação de ondas de ultra-som, incluindo o transdutor piezelétrico, permite a obtenção de resultados realísticos, conseguindo assim descrever com maior precisão o comportamento do transdutor e das ondas de ultra-som se propagando em diferentes meios e interagindo com defeitos que se comportam como refletores. Apesar disso, os resultados desses modelos dependem das características precisas dos materiais que compõem o transdutor. O transdutor de ultra-som é composto por uma cerâmica piezelétrica, por camadas de casamento e de retaguarda que geralmente são compósitos de epóxi com alumina e epóxi com tungstênio respectivamente, e pelo encapsulamento. Neste trabalho é analisada a resposta transiente de um transdutor circular de 2 MHz, com diâmetro de 12,7 mm, banda larga. O modelo do transdutor foi implementado com o método de elementos finitos. A análise transiente pelo MEF é implementada com o software ANSYS. Na primeira parte do trabalho o transdutor é analisado no modo de transmissão em água. Os resultados do modelo com MEF foram comparados com os resultados do modelo do pistão plano e com verificações experimentais obtidas em tanque de imersão com um hidrofone tipo agulha. Na segunda parte é realizada a análise do transdutor operando em modo pulso-eco radiando em peças de teste com e sem defeito, utilizando acoplamento direto e acoplamento por buffer de água. Os resultados do MEF apresentam boa concordância com os resultados obtidos experimentalmente.