EWI è un fornitore di servizi di ingegneria con sede negli Stati Uniti. I suoi esperti utilizzano dei metodi e degli strumenti avanzati per eseguire delle ispezioni e delle valutazioni di tipo strutturale per l'analisi dei guasti e l'ottimizzazione strutturale. Quando si valutano delle strutture critiche come ponti, aerei e turbine per la produzione energetica, gli ingegneri devono conoscere approfonditamente uno dei fattori che influenza significativamente la vita utile di queste strutture: il carico ciclico. Il carico ciclico rappresenta l'applicazione ripetuta, costante o intermittente, di una forza in determinati punti. Per esempio, nel caso di un ponte, il carico deriva dai veicoli che gli passano costantemente sopra, mentre nel caso delle ali di un aereo, la sollecitazione deriva dalle variazioni della pressione dell'aria.

Con il passare del tempo, lo sforzo da carico ciclico può indurre la comparsa di cricche da fatica nella struttura.

EWI si impegna costantemente per mantenersi aggiornato sulle nuove tecnologie per assicurarsi che i suoi ingegneri utilizzino gli strumenti di valutazione più efficienti e efficaci a loro disposizione. Oleg Volf, un Capo Ingegnere di EWI, ha recentemente supervisionato il suo team di Valutazione non distruttiva (NDE - nondestructive evaluation) per il controllo delle funzionalità di imaging del Metodo di focalizzazione totale (TFM) del rilevatore di difetti phased array OmniScan™ X3.

Oleg e il suo team volevano verificare se e in quale modo il TFM poteva migliorare la capacità di misura delle cricche da fatica. L'aumento della sua precisione di misura, per esempio, poteva contribuire a fornire una migliore comprensione dei tassi di sviluppo e di propagazione delle cricche, migliorando la precisione della relativa analisi dei guasti.

Il clip gauge è uno strumento che gli ingegneri utilizzano per monitorare lo sviluppo delle cricche. Il clip gauge viene inserito nell'apertura della cricca e le letture di tensione permettono di misurare le variazioni nella rispondenza del materiale. Per questo esperimento è stato usato un clip gauge come termine di confronto.

Confronto tra phased array e TFM nella misura dello sviluppo delle cricche

Nel laboratorio dei test, il team di EWI ha preparato un sistema per test idraulico e lo ha programmato per applicare una pressione progressiva al campione da testare (campione per i test di resistenza alla frattura ASTM E1820) per simulare lo sviluppo di cricche da fatica. È possibile trovare più informazioni su questo esperimento, inclusi l'apparecchiatura usata, la metodologia e i risultati, in questo caso di studio.

La sonda phased array, lo zoccolo e il campione che EWI ha usato per i test di sviluppo delle cricche da fatica

Il rilevatore di difetti OmniScan™ X3 è stato usato per misurare lo sviluppo delle cricche e per confrontare i risultati della tecnica phased array (PA) convenzionale con l'imaging TFM. È stata utilizzata una scansione settoriale PA convenzionale e delle modalità d'onda TFM TT (impulso-eco) - TT-T (auto-tandem). Sono state acquisite delle misure a intervalli definiti e sono state confrontate con quelle del clip gauge.

PA S-scan (in alto) e imaging TFM del campione (in basso) mediante il rilevatore di difetti OmniScan™ X3

Informazioni più complete sul tipo di cricche

Al termine dell'esperimento, Oleg ha sintetizzato i seguenti vantaggi del TFM per la valutazione delle cricche da fatica:

• Semplificazione del processo di acquisizione dei dati in confronto a altri metodi (es: clip gauge, fotocamere e sensori EPD [electric-potential drop]) che misurano le cricche attraverso delle proprietà indirette e tendono a richiedere una configurazione e una taratura precise.
• Misure precise e affidabili: Infatti, i risultati del TFM hanno dimostrato di essere più precisi rispetto a quelli dei metodi PA e clip gauge di un margine ristretto
• Facile interpretazione e accessibilità dei dati grazie alla migliore presentazione visiva del TFM, il quale mostra chiaramente l'orientamento delle cricche (angolo, grado di ramificazione, ecc.), fornendo agli ingegneri delle informazioni utili sul tipo di propagazione, anche a quelli che non sono specializzati nelle analisi di controlli a ultrasuoni.

Oleg ha evidenziato l'importanza che: "la migliore risoluzione e precisione ottenuta con i metodi FMC/TFM per l'ispezione di strutture soggette a fatica assicura potenzialmente un aumento di precisione nel rilevamento e nella misura di cricche da fatica, il quale migliorerebbe di conseguenza la precisione di valutazione della durata strutturale in base alla misura di queste cricche". ¹

Gli ingegneri di EWI confermano l'intenzione di eseguire degli ulteriori test con il TFM per convalidare questi risultati e per valutare la sua applicazione a forme più complesse delle cricche da fatica. Comunque questo studio preliminare fornisce un'indicazione ottimale per gli ingegneri attraverso l'imaging TFM che può contribuire a incrementare la sicurezza delle infrastrutture e a migliorare il design strutturale.

¹Volf, Oleg. Approfondimenti tecnici EWI. “Crack Growth Monitoring with Phased-Array Total Focusing Method (TFM).” Luglio 2020.