Characterization of vertical cracks using lock-in vibrothermography

214 p.Esta tesis se centra en la aplicación de la vibrotermografía lock-in para la detección y caracterización dedefectos verticales sumergidos. En esta técnica, la pieza se excita mediante ultrasonidos, que generancalor en los defectos por fricción o deformación plástica. Este calor se difunde por el material y susefectos se pueden detectar midiendo la temperatura superficial mediante una cámara infrarroja. Con el finde caracterizar defectos es necesario resolver el problema inverso, que consiste en recuperar la geometríade las fuentes de calor a partir de la distribución de temperatura superficial medida. Éste es un problemamal puesto, ya que su solución es fuertemente dependiente de pequeños errores en los datos y la inversiónes inestable. Se ha implementado un algoritmo de inversión robusto, basado en minimización pormínimos cuadrados estabilizados mediante términos de penalización basados en los funcionales deTikhonov, Total Variation y L1, capaz de reconstruir distribuciones de fuentes de calor partiendo de datosde vibrotermografía. El algoritmo se ha analizado con datos sintéticos y se ha optimizado con el fin deextender su aplicación a la caracterización del mayor rango de geometrías de fuentes de calor posible.Los resultados obtenidos se han verificado con datos experimentales obtenidos en ensayos devibrotermografía lock-in, utilizando muestras con fuentes de calor verticales calibradas. Finalmente, se hahecho uso del algoritmo de inversión para caracterizar grietas reales en una muestra soldada de Inconel718 y los resultados están en buena correlación cualitativa con los resultados del ensayo de líquidospenetrantes realizado posteriormente

Characterization of vertical cracks using lock-in vibrothermography

214 p.Esta tesis se centra en la aplicación de la vibrotermografía lock-in para la detección y caracterización dedefectos verticales sumergidos. En esta técnica, la pieza se excita mediante ultrasonidos, que generancalor en los defectos por fricción o deformación plástica. Este calor se difunde por el material y susefectos se pueden detectar midiendo la temperatura superficial mediante una cámara infrarroja. Con el finde caracterizar defectos es necesario resolver el problema inverso, que consiste en recuperar la geometríade las fuentes de calor a partir de la distribución de temperatura superficial medida. Éste es un problemamal puesto, ya que su solución es fuertemente dependiente de pequeños errores en los datos y la inversiónes inestable. Se ha implementado un algoritmo de inversión robusto, basado en minimización pormínimos cuadrados estabilizados mediante términos de penalización basados en los funcionales deTikhonov, Total Variation y L1, capaz de reconstruir distribuciones de fuentes de calor partiendo de datosde vibrotermografía. El algoritmo se ha analizado con datos sintéticos y se ha optimizado con el fin deextender su aplicación a la caracterización del mayor rango de geometrías de fuentes de calor posible.Los resultados obtenidos se han verificado con datos experimentales obtenidos en ensayos devibrotermografía lock-in, utilizando muestras con fuentes de calor verticales calibradas. Finalmente, se hahecho uso del algoritmo de inversión para caracterizar grietas reales en una muestra soldada de Inconel718 y los resultados están en buena correlación cualitativa con los resultados del ensayo de líquidospenetrantes realizado posteriormente

Vertical Cracks Excited in Lock-in Vibrothermography Experiments: Identification of Open and Inhomogeneous Heat Fluxes

Lock-in vibrothermography has proven to be very useful to characterizing kissing cracks producing ideal, homogeneous, and compact heat sources. Here, we approach real situations by addressing the characterization of non-compact (strip-shaped) heat sources produced by open cracks and inhomogeneous fluxes. We propose combining lock-in vibrothermography data at several modulation frequencies in order to gather penetration and precision data. The approach consists in inverting surface temperature amplitude and phase data by means of a least-squares minimization algorithm without previous knowledge of the geometry of the heat source, only assuming knowledge of the vertical plane where it is confined. We propose a methodology to solve this ill-posed inverse problem by including in the objective function penalty terms based on the expected properties of the solution. These terms are described in a comprehensive and intuitive manner. Inversions of synthetic data show that the geometry of non-compact heat sources is identified correctly and that the contours are rounded due to the penalization. Inhomogeneous smoothly varying fluxes are also qualitatively retrieved, but steep variations of the flux are hard to recover. These findings are confirmed by inversions of experimental data taken on calibrated samples. The proposed methodology is capable of identifying heat sources generated in lock-in vibrothermography experiments.This research is part of a project with grant number PID2019-104347RB-I00 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033. The research was also funded by Universidad del País Vasco, UPV/EHU, grant number GIU19/058

Characterization of vertical cracks using lock-in vibrothermography

214 p.Esta tesis se centra en la aplicación de la vibrotermografía lock-in para la detección y caracterización dedefectos verticales sumergidos. En esta técnica, la pieza se excita mediante ultrasonidos, que generancalor en los defectos por fricción o deformación plástica. Este calor se difunde por el material y susefectos se pueden detectar midiendo la temperatura superficial mediante una cámara infrarroja. Con el finde caracterizar defectos es necesario resolver el problema inverso, que consiste en recuperar la geometríade las fuentes de calor a partir de la distribución de temperatura superficial medida. Éste es un problemamal puesto, ya que su solución es fuertemente dependiente de pequeños errores en los datos y la inversiónes inestable. Se ha implementado un algoritmo de inversión robusto, basado en minimización pormínimos cuadrados estabilizados mediante términos de penalización basados en los funcionales deTikhonov, Total Variation y L1, capaz de reconstruir distribuciones de fuentes de calor partiendo de datosde vibrotermografía. El algoritmo se ha analizado con datos sintéticos y se ha optimizado con el fin deextender su aplicación a la caracterización del mayor rango de geometrías de fuentes de calor posible.Los resultados obtenidos se han verificado con datos experimentales obtenidos en ensayos devibrotermografía lock-in, utilizando muestras con fuentes de calor verticales calibradas. Finalmente, se hahecho uso del algoritmo de inversión para caracterizar grietas reales en una muestra soldada de Inconel718 y los resultados están en buena correlación cualitativa con los resultados del ensayo de líquidospenetrantes realizado posteriormente