WO2017144757A1

WO2017144757A1 - Método de ensayo del estado de materiales

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Publication number: WO2017144757A1
Application number: PCT/ES2017/070097
Authority: WO
Inventors: Alicia CARRION GARCIA; Vicente GENOVES GOMEZ; Jorge Gosalbez Castillo; Ramón MIRALLES RICOS; Jorge Juan PAYA BERNABEU
Original assignee: Universidad Politecnica de Valencia
Current assignee: Universidad Politecnica de Valencia
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2018-08-25
Also published as: ES2569415B1; ES2569415A1

Abstract

Método de ensayo del estado de materiales, que comprende las etapas de inyectar una señal de ultrasonidos de entrada x _inp(n) con una frecuencia f dada en una muestra de material que va a someterse a ensayo, siendo f inferior o igual a la frecuencia característica del material sometido a ensayo; recibir una señal de salida x(n) tras su paso a través de la muestra de material; seleccionar un valor para un retardo entre muestras consecutivas L; seleccionar un valor para una dimensión embebida E; reconstruir un espacio de fases de la señal x(n); calcular una matriz de representaciones recurrentes; calcular el grado de determinismo;repetir las etapas anteriores haciendo variar la frecuencia f a lo largo de un intervalo dado;y determinar la presencia de daños en el material para un valor de DETf inferior a 1.

Description

MÉTODO DE ENSAYO DEL ESTADO DE MATERIALES

Campo de la invención

La presente invención se refiere al campo del análisis del estado de materiales, y más concretamente a un método de ensayo no invasivo para determinar el estado de un material .

Antecedentes de la invención

En el campo de la ingeniería, un material es una sustancia o mezcla de sustancias con alguna propiedad útil (mecánica, eléctrica, óptica, térmica, etc.) cuya función es servir de medio para el diseño de estructuras más complejas que atienden a necesidades requeridas. Las propiedades mecánicas son las que se aprovechan para un diseño resistente de estructuras o productos que pueden pertenecer a campos muy diversos en la ingeniería, como por ejemplo, civil, naval, aeronáutica, automoción, que son sectores de gran impacto económico internacional. Dado el importante papel que desempeñan los materiales utilizados en muchos de los campos mencionados anteriormente, es de suma importancia su control y monitorización a lo largo de su vida útil para garantizar su integridad en el desempeño de sus funciones ya que, a lo largo de su uso prolongado, dichos materiales se verán expuestos a diferentes casos de degradación y/o deterioro que mermen sus propiedades físicas, químicas y/o mecánicas.

El daño producido en materiales puede ser de origen y efecto muy diverso dependiendo de la exposición y clase de material. En las aplicaciones típicas de ingeniería se pueden encontrar numerosos ejemplos de elementos expuestos a ataques cuyo control es esencial para el estado de los materiales que componen los productos finales. En metales y aleaciones se dan casos de fatiga mecánica en ejes de trenes o de vehículos de gran tonelaje; fatiga térmica, en reactores de aviones o motores de automóviles, y/o ataques químicos, corrosión u oxidación. En el caso de materiales pétreos como cerámicas, hormigón, elementos a base de arcillas..., éstos se ven expuestos a ciclos de hielo/deshielo, ataques químicos o sobrecargas de uso cuando forman elementos como puentes, pórticos de edificación, presas, etc.

Con el fin de obtener información acerca de las propiedades de los materiales, en la actualidad existe una amplia gama de ensayos que aportan información sobre su estado, clasificándose en dos grandes grupos principalmente: ensayos destructivos (ED) y ensayos no destructivos (END) .

En el campo de los ensayos destructivos el material resulta inservible después del ensayo y por tanto están poco indicados (y en muchas ocasiones son inviables) para la obtención de datos de elementos en uso en el momento de las comprobaciones.

Los ensayos no destructivos presentan evidentes ventajas, ya que es posible someter a ensayo los materiales reiteradamente sin dañarlos y sin alterar sus propiedades, obteniendo parámetros de caracterización que están directamente relacionados con sus capacidades mecánicas. De este modo, es posible inspeccionar elementos de dimensiones y naturalezas variadas de forma no invasiva. En el campo de los ensayos no destructivos hay múltiples técnicas y métodos que ofrecen una gama muy amplia de parámetros de gran interés a la hora de caracterizar propiedades de diferentes materiales. Estos parámetros pueden obtenerse por medio de ensayos de distinta naturaleza, como son la espectroscopia vibracional, impedancia acústica o eléctrica, ensayos por ultrasonidos, etc.

Por ejemplo, el documento US2008022773 da a conocer un método para determinar las características de un material que consiste en aplicar al material una primera señal acústica que conlleva una amplitud; determinar su velocidad de propagación; aplicar una segunda señal acústica con una amplitud diferente a la de la primera señal; determinar la segunda velocidad; determinar una diferencia entre las velocidades y las amplitudes para generar un parámetro de diferencia que determine el estado del material. La velocidad se determina midiendo el tiempo de vuelo de la señal empleada.

El documento US2008006091 describe un método para la caracterización de materiales que emplea una herramienta de simulación que predice la respuesta del objeto dependiendo de la propiedad estimada a partir de la forma de una onda correspondiente con la dispersión de los ultrasonidos. La herramienta de simulación se emplea para facilitar la configuración para la realización de un ensayo de inspección posterior.

El documento US5404754 expone un método para determinar la presencia de daños en un material debidos al ataque de hidrógeno y las propiedades mecánicas surgidas de tales daños. Para ello se emplean como parámetros la velocidad, el análisis espectral y el promediado espacial del ruido de dispersión.

El artículo "Measuring predictability in ultrasonic signáis: An application to scattering material characterization" (Carrión Alicia et al., 2014) presenta un método para la caracterización de materiales dispersivos, basado en la medición del grado de previsibilidad de las series temporales, divulgando concretamente la aplicación de dicho método como un indicador de los porcentajes de porosidad de muestras de ensayo. El método se basa en la realización de un ensayo de inspección pulso-eco a una frecuencia fija de trabajo, en el que se analiza un segmento de la señal recibida con un modelo de señal delta negativa no estacionaria, que permite obtener información relativa a la estructura interna del material. Para el desarrollo del método se requiere calibrar, obtener la velocidad de propagación, asi como un sofisticado estudio previo de la frecuencia de trabajo y otros ensayos como porosimetria de mercurio.

Sin embargo, los métodos de ensayo de materiales conocidos hasta la fecha presentan al menos uno o varios de los siguientes inconvenientes: requieren una etapa previa de calibración del instrumento empleado en el ensayo lo cual repercute en un mayor tiempo requerido y por tanto un mayor coste; requieren conocer el estado inicial del material lo cual no siempre está disponible en aplicaciones prácticas de ingeniería; se requieren conocimientos avanzados por parte del técnico que realiza el ensayo para poder interpretar los resultados, etc.

Por tanto, dada la gran importancia del control de las propiedades de los materiales utilizados en las diferentes aplicaciones en ingeniería, sigue siendo deseable proporcionar métodos alternativos de ensayo del estado de materiales que resuelvan alguno o varios de los inconvenientes anteriormente mencionados. En concreto, sería deseable disponer de métodos que permitan obtener un diagnóstico rápido, estable y fiable para valorar los posibles cambios e intervenciones en estructuras de importancia crítica (motores, puentes, edificios, vías de ferrocarril, elementos de aviación, etc.) que han sido objeto del deterioro por el paso del tiempo y por agentes externos . Sumario de la invención

Para solucionar los inconvenientes de la técnica anterior, la presente invención da a conocer un método de ensayo del estado de materiales, que comprende las etapas de:

a) inyectar una señal de ultrasonidos de entrada Xinp (n) con una frecuencia f dada en una muestra de material que va a someterse a ensayo, siendo f inferior o igual a la frecuencia característica del material sometido a ensayo;

b) recibir una señal de salida x(n) tras su paso a través de la muestra de material;

c) seleccionar un valor para un retardo entre muestras consecutivas L;

d) seleccionar un valor para una dimensión embebida E; e) reconstruir un espacio de fases de la señal x (n) según la ecuación 1 :

1, - [x(n x(n + L), ...,x(n + (^'£— l)I)l^r,

(I) n. ^~ 1, , . . , M— { E—1 ) - L donde N es el número total de puntos de la señal x (n) , L es el retardo entre muestras consecutivas determinado en la etapa c) , E es la dimensión embebida determinada en la etapa d) y T es el vector transpuesto;

f) calcular una matriz de representaciones recurrentes según la ecuación 2 :

donde N_s es el número de estados considerados en

^,:, ε es la distancia umbral, ^Sí ^ es la distancia Euclídea y Θ( ·) es la función de Heaviside; g) calcular el grado de determinismo a la frecuencia empleada f, según la ecuación 3:

donde P_f(j) es el número de lineas diagonales de longitud j a la frecuencia empleada f, j_mi_n es el número mínimo de puntos que constituyen una línea diagonal, y el grado de determinismo DET_f es un valor comprendido entre 0 y 1, donde 1 indica una homogeneidad completa del material y un valor próximo a 0 indica heterogeneidad del material relacionada con la presencia de daños;

h) repetir las etapas a) a g) haciendo variar la frecuencia f a lo largo de un intervalo dado; y i) determinar la presencia de daños en el material para un valor de DET_f inferior a 1, en base a los valores de DET_f obtenidos como función de la frecuencia de la señal de entrada.

Breve descripción de las figuras

La presente invención se entenderá mejor con referencia a las siguientes figuras que ilustran realizaciones preferidas de la invención, proporcionadas a modo de ejemplo, y que no deben interpretarse como limitativas de la invención de ninguna manera.

La figura 1 es un esquema del equipamiento empleado para llevar a cabo un ensayo no destructivo según una realización preferida de la presente invención.

La figura 2 representa los valores del grado de determinismo obtenidos en función de la frecuencia empleada, en un ejemplo de aplicación específico para el estudio de muestras de aluminio.

Las figuras 3A y 3B representan los valores determinados para L y para E en función de la frecuencia empleada, en un ejemplo de aplicación especifico para el estudio de muestras de hormigón.

Las figuras 4A y 4B representan los valores del grado de determinismo obtenidos en función de la frecuencia empleada, en un ejemplo de aplicación especifico para el estudio de muestras de hormigón.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Tal como se mencionó anteriormente en el presente documento, y como se detallará a continuación, el método de ensayo de materiales según la realización preferida de la presente invención comprende las etapas generales de:

a) inyectar una señal de ultrasonidos de entrada Xinp (n) con una frecuencia f dada en una muestra de material que va a someterse a ensayo;

b) recibir una señal de salida x(n) tras su paso a través de la muestra;

c) seleccionar un valor para un retardo entre muestras consecutivas L;

d) seleccionar un valor para una dimensión embebida E; e) reconstruir un espacio de fases de la señal x (n) ; f) calcular una matriz de representaciones recurrentes ;

g) calcular el grado de determinismo DET_f a la frecuencia empleada f; y

h) repetir las etapas a) a g) haciendo variar la frecuencia f a lo largo de un intervalo dado; i) determinar la presencia de daños en el material para un valor de DET_f inferior a 1, en base a los valores de DET_f obtenidos como función de la frecuencia de la señal de entrada.

En la figura 1 se muestra un esquema del equipamiento empleado para llevar a cabo el método de ensayo anteriormente descrito según una realización preferida de la presente invención. Evidentemente, los instrumentos y las propiedades de los mismos podrán variar en función de la aplicación especifica y son los empleados habitualmente en las técnicas de inspección por ultrasonidos.

Tal como se observa en esta figura 1, se emplea un generador de funciones programable (10) (Agilent 33120A) , que genera la señal de excitación x_inp (n) , en este caso una señal sinusoidal de amplitud y frecuencia de trabajo variables en función del material sometido a ensayo. Se utiliza un transductor transmisor (12) y un transductor receptor (14) (K1SC, General Electric), que permiten el acoplamiento de la señal de ultrasonidos al material que está sometiéndose a ensayo (16) en las etapas de transmisión y recepción. El preamplificador (18) (40 dB, Panametrics 5600B) es un dispositivo que permite aumentar la amplitud de la señal recibida antes de su análisis. El osciloscopio (20) (Tektronix DPO3014) permite la adquisición y representación de la señal recibida con una frecuencia de muestreo por ejemplo igual a 50 MHz . El experto en la técnica entenderá que en lugar del osciloscopio (20) puede emplearse cualquier tarjeta de adquisición, ya que la función de representación que proporciona el osciloscopio (20) no es imprescindible para la realización del método de la invención. Finalmente, se utiliza un ordenador (22) que permite controlar de forma remota el generador de funciones asi como almacenar los datos adquiridos por el osciloscopio para su posterior procesado .

Usando por ejemplo el equipamiento mostrado en la figura 1, se aplican las etapas del método de ensayo según la realización preferida de la presente invención. Asi, en primer lugar, se inyecta una señal de ultrasonidos de entrada xi_np (n) con una frecuencia f dada en una muestra de material que va a someterse a ensayo. La frecuencia f es inferior o igual a la frecuencia característica del material sometido a ensayo. Tal como se emplea en el presente documento, la "frecuencia característica" se refiere al último valor de frecuencia para el que el valor del grado de determinismo DET_f es igual a 1 para un material dado en buen estado. La frecuencia característica de un material dado puede determinarse fácilmente, por ejemplo a partir de tablas de referencia previamente preparadas o sometiendo a ensayo una muestra patrón del mismo material que está sometiéndose a ensayo.

A continuación se recibe una señal de salida x (n) tras su paso a través de la muestra de material que está sometiéndose a ensayo.

Después se selecciona un valor para un retardo entre muestras consecutivas L. Según la realización preferida de la invención, este valor de L corresponde con un primer mínimo local de la información mutua entre la señal x (n) y la misma retardada (x(n+L) ) . El experto en la técnica entenderá que también pueden aplicarse otros métodos para determinar el valor de L, como por ejemplo emplear el primer nulo de la autocorrelación .

Una vez determinado un valor apropiado del retardo entre muestras, se selecciona un valor para una dimensión embebida E. Según la realización preferida de la presente invención, el valor de la dimensión embebida se determina empleando el algoritmo de Cao (L. Cao, Practical method for determining the mínimum embedding dimensión of a scalar time series, Physica D: Non-linear Phenomena, 110(12) : 43 - 50, 1997) . Este algoritmo consiste en reconstruir el espacio de fases para valores de E sucesivos hasta encontrar la dimensión para la cual el número de falsos vecinos más cercanos es inferior al 2%.

A continuación se reconstruye un espacio de fases de la señal x (n) según la ecuación 1:

X_n - [x(n\x(n -f- £),..., x(n. + (£- l)I)]^r _?

n = l,..., -(£-l)* L

donde N es el número total de puntos de la señal x (n) , L es el retardo entre muestras consecutivas determinado anteriormente, E es la dimensión embebida determinada anteriormente y T es el vector transpuesto.

La siguiente etapa consiste en calcular una matriz de representaciones recurrentes según la ecuación 2 :

donde N_s es el número de estados considerados en X^í:, ε es la distancia umbral, ^ ^^s es la distancia Euclidea y Θ( ·) es la función de Heaviside.

A partir de esta matriz de representaciones recurrentes, puede calcularse a continuación el grado de determinismo DET_f a la frecuencia empleada f, según la ecuación 3 :

donde P_f(j) es el número de lineas diagonales de longitud j de la matriz de representaciones recurrentes a la frecuencia empleada f, y _mi_n es el número mínimo de puntos que constituyen una línea diagonal. El grado de determinismo DET_f es un valor comprendido entre 0 y 1, donde 1 indica una homogeneidad completa del material y un valor próximo a 0 indica heterogeneidad del material relacionada con la presencia de daños.

A continuación se repiten las etapas a) a g) anteriormente mencionadas haciendo variar la frecuencia f a lo largo de un intervalo dado.

El hecho de la repetición de las etapas mencionadas haciendo variar la frecuencia f implica un cambio conceptual en el campo del análisis del estado de materiales, ya que en base a los resultados del grado de determinismo obtenidos en cada repetición, es posible medir y representar el determinismo en función de la frecuencia, ofreciendo un resultado que es proporcional a las heterogeneidades del material. Gracias a la combinación conjunta del grado de determinismo y la frecuencia, el método según la presente invención permite obtener información sobre el estado del material sometido a ensayo de una manera rápida, estable y fiable.

Por último, se determina la presencia de daños en el material si se obtiene un valor de DET_f inferior a 1, en base a los valores de DET_f obtenidos como función de la frecuencia de la señal de entrada.

El método según esta realización preferida de la presente invención presenta varias ventajas con respecto a la técnica anterior. Por ejemplo, el empleo de una señal sinusoidal permite inyectar mayor cantidad de energía en el material que con otro tipo de señales empleadas en el estado de la técnica, lo que se traduce en un incremento en la relación señal a ruido y por tanto en una mejora de la caracterización. Dicha señal es una señal estacionaria que no requiere ninguna etapa previa de calibración del equipamiento empleado como en el caso de técnicas de ensayos no destructivos conocidas en la técnica anterior. El método de la presente invención parte de la hipótesis de que la señal incidente es puramente determinista, sin necesitar ningún otro parámetro relativo a la señal de excitación, dando asi como resultado un método de ensayo mucho más sencillo de aplicar. Tal y como es conocido en la técnica, las señales deterministas son una clase de señales estacionarias. Asimismo, es conocido en la técnica que las señales sinusoidales son señales deterministas.

El método de la presente invención implica el análisis del registro completo de señal adquirida, por lo que es innecesario llevar a cabo ningún tipo de estudio previo para estimar la parte de señal a analizar.

Tampoco se requiere un conocimiento del estado inicial del material con objeto de comparar los resultados obtenidos con los resultados que se obtuvieron anteriormente con el mismo material en su estado inicial. Como se explicó anteriormente, el grado de determinismo es una medida normalizada en el intervalo [0,1], donde 1 indica que el material es perfectamente homogéneo y la aproximación a 0 indica el grado de discontinuidad presente en el material relativa a la frecuencia de inspección seleccionada. No obstante, según la primera realización preferida de la presente invención, tal como se mencionó anteriormente, si que conviene conocer la frecuencia característica del material que va a someterse a ensayo. Sin embargo, esta frecuencia es característica del tipo de material y no de la muestra específica que se somete a ensayo. Por tanto, la frecuencia característica puede obtenerse a partir de la bibliografía o a partir de una muestra patrón del mismo tipo de material.

Además, no es necesario que el usuario final tenga conocimientos técnicos avanzados. Una vez implementado el método de ensayo según la realización preferida de la presente invención, los resultados son fáciles de comprender e interpretar incluso por parte de técnicos ajenos al campo del procesado de señales.

Por otro lado, el método según la realización preferida de la invención proporciona versatilidad en cuanto a los materiales que pueden someterse a ensayo, ya que es fácilmente adaptable a un amplio abanico de materiales de naturalezas muy diversas modificando simplemente la frecuencia de la señal introducida. Los materiales formados por conglomerados de tamaño relativamente grande pueden caracterizarse fácilmente a frecuencias relativamente bajas (por ejemplo, la frecuencia característica del hormigón es de 500 KHz), sin embargo, materiales más compactos (por ejemplo, el acero, el aluminio, etc.) requieren aumentar la frecuencia de la señal incidente, sin ningún otro cambio en el método de ensayo .

Además, el método de la invención también proporciona una gran versatilidad en cuanto a las posibles aplicaciones, ya que permite detectar cualquier cambio que suponga una variación de impedancia acústica: cambio en las propiedades de un material, clasificación de materiales (diferentes dosificaciones, aleaciones, etc.), detección de daño (grietas, fisuras, etc.), etc.

Según una primera variante de esta realización adicional, los valores de L y E determinados en las etapas c) y d) , respectivamente, para la primera frecuencia empleada se mantienen fijos a lo largo de todo el ensayo.

Según una segunda variante preferida de esta realización adicional, para cada frecuencia empleada dentro del intervalo de frecuencias se determinan los valores de L y E óptimos. Según la realización preferida de la presente invención, en la que se repite el método de ensayo para un intervalo de frecuencias dado, se obtiene un gráfico que representa la curva de variación del grado de determinismo DET_f en función de la frecuencia f, tal como se mostrará a continuación en ejemplos específicos. Esta curva de variación de DET_f proporciona información adicional con respecto al estado del material sometido a ensayo. En efecto, el valor de DET_f a frecuencias bajas será generalmente próximo a 1, mientras que a cierta frecuencia dada empezará a mostrar una disminución gradual a medida que aumenta dicha frecuencia hasta llegar a valores de DET_f próximos a 0.

Por tanto, según una realización adicional de la presente invención, el método comprende además la etapa adicional de determinar el tamaño de un daño equivalente en el material sometido a ensayo a partir de la longitud de onda a la frecuencia a la que se produce la primera disminución del valor de DET_f, a partir de la siguiente ecuación 4 :

λ = c/f (4) donde c es la velocidad de propagación del sonido a través del material sometido a ensayo, f es la frecuencia de la señal x (n) a la que se produce la primera disminución del valor de DET_f, y λ es el tamaño del daño equivalente detectado .

Según esta realización de la presente invención no se determina el tipo de daño que presenta el material (grietas, fisuras, poros, cambios de material,...) . Sin embargo sí se obtiene un valor λ para un daño equivalente. El "daño equivalente", tal como se emplea en el presente documento, se refiere a un daño hipotético, por ejemplo una grieta hipotética, de un tamaño dado que afecta al material sometido a ensayo del mismo modo que los daños reales (poros, grietas, fisuras, cambios de material, etc.) que pueda presentar realmente este material.

Según otra realización preferida de la presente invención, una vez obtenida dicha curva de grado de determinismo en función de la frecuencia, el método comprende además determinar el tipo de daño presente en el material sometido a ensayo en función de la pendiente de la disminución del valor de DET_f a lo largo del intervalo de frecuencias empleado. La pendiente de la disminución del valor de DET_f en función de la frecuencia aporta información con respecto a la cantidad y dispersión de los daños del material. En efecto, una pendiente más pronunciada implica una dispersión de daño reducida (daños de tamaños similares) . Por otro lado, si la pendiente es menos pronunciada significa que el tamaño de los daños varia de una manera más amplia (daños de tamaños variables) .

Poder estimar el tamaño del daño equivalente, asi como el tipo de daños presentes en el material sometido a ensayo, suponen ventajas adicionales de las realizaciones preferidas de la presente invención con respecto a diversos métodos de la técnica anterior, ya que se proporciona información más detallada sobre el estado del material.

A continuación se describen ejemplos específicos de aplicación del método de ensayo descrito anteriormente, con objeto únicamente de ilustrar adicionalmente la presente invención sin limitar su alcance.

Ej emplo 1

Se fabricó una probeta de 4x4x16 cm de aluminio sin dañar. Dado que se trata de un material muy compacto, para su correcta caracterización es necesario llevar a cabo un barrido de frecuencia a un intervalo muy amplio. Se realizaron mediciones con 3 transductores distintos: 2 MHz, 5 MHz y 10 MHz. Se realizan 4 repeticiones por banda de frecuencia. En la gráfica de la figura 2 se muestra la media de cada una de las bandas.

En este caso, al igual que el de los metales, el material es altamente homogéneo y muy compacto, por lo que no se aprecia ningún descenso del determinismo a ninguna frecuencia. Los picos que aparecen a determinadas frecuencias se deben a la respuesta misma de los transductores, ya que se mide fuera de su banda de acción. En el caso de 2 MHz se mide de 1,5 a 3,5 MHz (banda centrada en 2 MHz) , en el caso de 5 MHz se mide de 3,5 a 7,5 MHz (centrado en 5 MHz) y en el caso de 10 MHz se mide de 7,5 a 11 MHz .

En el caso de que existiera algún daño habría un descenso del determinismo en alguna frecuencia en función de la cantidad y tamaño del daño.

Ej emplo 2

Se fabricaron probetas de hormigón con dos tipos de cemento distintos: uno resistente a un ataque químico (material G) y otro vulnerable al mismo (material W) . Empleando el método descrito anteriormente en el presente documento, se sometieron a ensayo cinco probetas de cada tipo antes de sumergirlas en una disolución con agente de ataque químico, lo que permitió caracterizar el estado inicial del material (T0) . Tras 28 días de inmersión en la disolución, volvieron a someterse a ensayo cada una de las probetas (TI) .

Tal como se mencionó anteriormente en el presente documento, antes de calcular los correspondientes valores del grado de determinismo, se determinaron los valores óptimos de L y E . Las figuras 3A y 3B representan los valores de L y E determinados, respectivamente, en función de la frecuencia. En concreto, en la figura 3A puede observarse que los valores de L disminuyen exponencialmente a medida que aumenta la frecuencia. Esto se debe a que, al aumentar la frecuencia de la señal introducida, disminuye el número de muestras por periodo. Por tanto, el retardo necesario para obtener un mínimo local de la información mutua es menor.

En el caso de la dimensión embebida E (figura 3B) , los valores parecen ir aumentando a medida que se aumenta la frecuencia, pero no varían con una tendencia evidente.

Empleando estos valores, se reconstruyeron los correspondientes espacios de fase para calcular los valores del grado de determinismo DET_f tal como se describió anteriormente en el presente documento.

Las figuras 4A y 4B muestran los valores del grado de determinismo obtenidos en función de la frecuencia para el hormigón resistente y el hormigón vulnerable, respectivamente.

Tal como puede apreciarse en la figura 4A, los valores del grado de determinismo para el material resistente (G) se mantienen cercanos a 1 para frecuencias bajas para los dos tiempos analizados, antes (GTO) y después (GT1) del ataque con agente químico. Sin embargo, el grado de determinismo disminuye hasta valores cercanos a 0 a partir de frecuencias superiores a 500 kHz debido a las dimensiones del material, que provocan la ausencia de la señal de entrada al receptor a dicha frecuencia, y en su lugar, se recibe una señal de naturaleza aleatoria ligada al equipamiento que conforma la configuración empleada (cables, equipos...) . Por tanto, esta frecuencia de 500 KHz corresponde a la frecuencia característica para este tipo de hormigón. Por tanto, un intervalo de frecuencia adecuado para someter a ensayo una muestra de hormigón es de 200 a 550 KHz .

Por otro lado, en la figura 4B correspondiente al material vulnerable puede apreciarse que la serie analizada antes de la inmersión (WTO) mantiene una tendencia igual a la de las series anteriores (GTO y GT1) pero, tras el ataque con agente químico, la disminución de los valores del grado de determinismo se produce a frecuencias mucho más bajas (a partir de 250 kHz) . Esto indica que se ha detectado un cambio en la modalidad de la señal debido a la degradación producida por el ataque con agente químico en el material.

Tal como se mencionó anteriormente, el método según la realización preferida de la presente invención permite estimar el tamaño aproximado de un daño equivalente. En este caso, la velocidad de propagación del sonido en el hormigón es de 4150 m/s y la primera disminución del grado de determinismo se detecta a una frecuencia de 250 KHz. Por tanto, aplicando la ecuación 4 anteriormente mencionada:

λ = c/f (4) se obtiene λ = 1,6 cm.

Además se obtuvo una elevada dispersión con respecto a la media, lo cual indica que se trata de un tipo de daño global pero heterogéneo entre las distintas probetas analizadas .

Aunque se ha descrito anteriormente la presente invención con referencia a realizaciones preferidas de la misma, debe entenderse que la invención no se limita a dichas realizaciones y que abarca cualquier modificación y variación de las mismas evidente para el experto en la técnica que se encuentre dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims

RE IVINDICACIONES

Método de ensayo del estado de materiales, que comprende las etapas de:

c) seleccionar un valor para un retardo entre muestras consecutivas L;

X_n =i [x(n.)_;x(n - L\... _>x(n + (E - l)L)]^T _f

(V⁾ π = 1 _ν- (£- ΓΜ

donde N es el número total de puntos de la señal x (n) , L es el retardo entre muestras consecutivas determinado en la etapa c) , E es la dimensión embebida determinada en la etapa d) y T es el vector transpuesto;

f) calcular una matriz de representaciones recurrentes según la ecuación 2 :

R_n,_j: = &(g - j\X_r -i_!¾I!), n_{í f}n₂ ~ 1, ... ,N_s (2) donde N_s es el número de estados considerados en

es la distancia Euclídea y Θ ( ·) es la función de Heaviside;

g) calcular el grado de determinismo a la frecuencia empleada f, según la ecuación 3:

donde P_f(j) es el número de lineas diagonales de longitud j a la frecuencia empleada f, _mi_n es el número mínimo de puntos que constituyen una línea diagonal, y el grado de determinismo DET_f es un valor comprendido entre 0 y 1, donde 1 indica una homogeneidad completa del material y un valor próximo a 0 indica heterogeneidad del material relacionada con la presencia de daños;

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado por que el material sometido a ensayo es hormigón y la frecuencia característica del mismo es de 500 KHz, siendo la frecuencia f de la señal x (n) inferior o igual a 500 KHz.

3. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el valor para el retardo entre muestras consecutivas L corresponde con un primer mínimo local de la información mutua entre la señal x (n) y la misma retardada.

4. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el valor de E se calcula mediante el algoritmo de Cao.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se determinan los valores de L y E para cada frecuencia empleada en la etapa h) .

Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que los valores de L y E determinados en las etapas c) y d) , respectivamente, para la primera frecuencia empleada se mantienen fijos a lo largo de todo el ensayo.

Método según cualquiera de las reivindicaciones 5 y 6, caracterizado por que comprende la etapa adicional de determinar el tamaño de un daño equivalente en el material sometido a ensayo a partir de la longitud de onda a la frecuencia a la que se produce la primera disminución del valor de DE T _f , a partir de la siguiente ecuación 4:

λ = c/f (4) donde c es la velocidad de propagación del sonido a través del material sometido a ensayo, f es la frecuencia de la señal x(n) a la que se produce la primera disminución del valor de DE T _f , y λ es el tamaño del daño equivalente detectado.

Método según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado por que comprende además determinar el tipo de daño presente en el material sometido a ensayo en función de la pendiente de la disminución del valor de DE T _f a lo largo del intervalo de frecuencias empleado .

Método según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado por que el material sometido a ensayo es hormigón y el intervalo de frecuencias empleado es de 200 a 550 KHz .

Método según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado por que el material sometido a ensayo es aluminio y el intervalo de frecuencias empleado es de 2 a 10 MHz .

Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la señal de ultrasonidos de entrada es una señal determinista.