Análise da atenuação

Para melhor entender o efeito das variáveis de projeto da probe, foi avaliada a atenuação do sinal da onda decorrente do aumento da distância entre as sapatas, da direção de fibra em relação a direção de propagação da onda e em função do aumento de frequência.

Os resultados são mostrados nos gráficos que seguem, nos quais são plotadas as amplitudes versus as distâncias entre as sapatas. As amplitudes foram normalizadas, pois devido as diferentes frequências foram usados diferentes níveis de ganho.

O primeiro gráfico, Figura 4.5, corresponde a onda Lcr propagando-se na

direção da fibra, ou seja, amostra 0°. Para este caso foi possível obter um sinal para todas as distâncias entre as sapatas e com todas as frequências. Nesse caso, tanto o aumento da distância quanto o aumento da frequência resultaram em diminuição na amplitude do sinal.

Para a frequência de 5 MHz, embora o sinal tenha sido capturado, em determinadas distâncias este ficou instável, dificultando a definição do ponto de referência

para medição do tempo, o que aumentou a variação do sinal de medição. Isso ocorreu para distâncias acima de 30 mm entre as sapatas. Os valores de atenuação obtidos foram de 0,5 dB para 1 MHz e 18dB para 5 MHz entre as distâncias de 10 a 70 mm.

No gráfico da Figura 4.6, em que a onda se propaga a 90° em relação a direção de fibra, são indicadas também a variação da amplitude em relação a distância para as frequências analisadas. Nesse caso houve maior dificuldade na medição do sinal com o aumento da frequência e da distância e só foi possível obter o sinal até a frequência de 3,5 MHz. A atenuação medida foi de 13dB para 1MHz e 17dB para 3,5MHz, entre as distâncias de 10 a 70 mm.

No gráfico, pode-se observar que o efeito da distância parece ser próximo para todas as frequências acima de 2,25 MHz, a menos para a distância a 30 mm e frequência de 5 MHz, onde a variação do sinal foi elevada, como mencionado. Note-se que a sensibilidade da amplitude com a distância não parece ser muito diferente na direção da fibra e perpendicularmente a esta, para as frequências nas quais foi possível medir.

Uma outra observação importante é que a medição na frequência de 1 MHz também se aproxima das medições nas demais frequências, para a direção de 90°. Esse resultado poderia indicar que a onda com 1 MHz (maior comprimento de onda) pode estar percorrendo um caminho mais longo para chegar até o receptor, talvez atingindo a base da amostra e tendo seu sinal confundido na medição, já que a amostra para a avaliação a 0° é menos espessa do que para as demais avaliações.

Figura 4.5 – Variação da amplitude na amostra na direção 0°

Figura 4.7 Variação da amplitude na amostra na direção 45°

Por fim, o último gráfico na Figura 4.7 corresponde à onda Lcr propagando-se

na direção 45° em relação a direção das fibras. Nesse caso, houve maior atenuação na propagação da onda com o aumento da frequência e da distância. O sinal só pôde ser obtido na frequência de 1 MHz até a distância de 40 mm entre as sapatas e até a distância de 20 mm para as frequências de 2,25 MHz e 3,5 MHz. A atenuação foi de 16 dB para 1 MHz de 10 a 40 mm entre as sapatas. Na distância de 20 mm, os valores foram 5 dB para 1 MHz e 6,8 dB para 3,5 MHz. Não foi possível obter o sinal de propagação da onda com a frequência de 5 MHz. A avaliação de atenuação se faz importante para ajustar o sistema de medição de tensão com onda Lcr para as condições onde há possibilidade de medir com

este. Como verificado, embora a onda Lcr percorra grandes distâncias, há uma limitação na

distância entre as sapatas para medir o TOF da onda Lcr em compósitos unidirecionais de

forma a garantir a captura do sinal. A maior distância ocorre para a direção de fibra 0°, mas ela diminui com o aumento da frequência. Para as direções de 90° e 45° as distâncias seguras ficam em 30 mm e 20 mm, respectivamente.

Os resultados obtidos ocorreram possivelmente devido à grande variação de materiais na direção avaliada, uma vez que a onda corta fibras e resina ao longo de todo o

trajeto. Além disso, pela maior facilidade de propagação na fibra, parte da energia do sinal é perdida ao mudar de direção para o caminho de menor impedância acústica, na fibra.

De uma forma mais abrangente, o efeito da atenuação em materiais compósitos é resultado de uma combinação de viscosidade da matriz, do espalhamento devido a defeitos e da perda de energia na interface fibra/matriz. Segundo (LI, Ran et al., 2018), em baixas frequências, a atenuação tem maior influência da perda de energia na interface; já em altas frequências, o efeito viscoelástico do material é mais significativo na atenuação.

No tocante à interface entre a fibra/matriz, CHANG; ZHENG; NI (2006) simularam a propagação de onda em epóxi/fibra de vidro para quatro interfaces. O resultado para a onda propagando-se na direção 90° em relação à fibra mostrou reflexão completa em parte da interface; há distribuição do índice de refração, ou seja, mudança no ângulo de incidência da onda na superfície da fibra, resultando em espalhamento da onda. Assim, a onda irradia na região côncava e convexa referente à fibra, Figura 4.8. Já no modelo que representou a incidência em 45°, a reflexão foi completa e pouca energia foi transmitida, sendo esta oriunda de ondas secundarias causadas pelas ondas refletidas. Tal comportamento é compatível ao obtido nos experimentos realizados, visto que a atenuação maior ocorre na direção 45° seguida pela direção 90° das fibras em relação a direção de propagação da onda.

Figura 4.8 – Região côncava e convexa em relação a superfície da fibra