Dimensionless numerical analysis of cracked materials by means of infrared lock-in thermography

Abstract

In this master’s thesis a dimensionless numerical model of the lock-in infrared thermography ex- periment for the detection of open-surface cracks is developed. Starting with the constitutive equation and the boundary conditions associated with the laser and the cracks, their dimensions are removed by introducing length, time and temperature scales related to the physical problem. As a result, a set of dimensionless parameters is obtained, that allows to give a broader vision to the problem, while maintaining the mathematical simplicity of the dimensional model.

Once the dimensionless equations are obtained, they are implemented in a finite element method multiphysics software called OpenFoam. With this objective, in this work the full numerical calcu- lation process has been developed: the pre-processing (or meshing), processing and post-processing stages.

After implementing the equations in the finite element method software a parametric analysis has been performed by means of different simulations in order to analyze the effect of each of the dimensionless parameter in the resulting amplitude thermogram.

(English language)

En este trabajo fin de máster se desarrolla un modelo numérico adimensional del experimento de termografía infrarroja modulada para la detección de grietas superficiales. Partiendo de la ecuación constitutiva y de las condiciones de contorno asociadas al láser y a la grieta, se lleva a cabo el proceso de adimensionalización introduciendo escalas de longitud, tiempo y temperatura, asociadas al prob- lema físico. Como resultado se obtiene un conjunto de parámetros adimensionales que permite dar una visión más amplia al problema, manteniendo a su vez la sencillez matemática del planteamiento dimensional.

Una vez adimensionalizadas, estas ecuaciones se implementan en un software multifísico de métodos de elementos finitos llamado OpenFoam. Para ello en este trabajo se contemplan las tres etapas de cálculo que se han seguido: el pre-procesado (o mallado), procesado y post-procesado.

Tras implementar las ecuaciones en el software del método de elementos finitos se realiza un análisis paramétrico mediante diferentes simulaciones con el fin de analizar el efecto de cada uno de los parámetros adimensionales en el termograma de amplitud resultante.

(Castellano)

Master amaierako lan honetan, gainazalera irekitako pitzadurak detektatzeko termografia infragorri modulatuko esperimentuaren zenbakizko eredu adimentsional bat garatzen da. Eratze-ekuaziotik eta laserraren eta pitzadurak sartutako mugalde baldintzetatik abiatuta, adimentsionalizazio proze- sua gauzatzen da, arazo fisikoari lotutako luzera, denbora eta tenperatura eskalak sartuz. Ondorioz, parametro adimentsionalen multzo bat lortzen da, arazoari ikuspegi zabalagoa emateko aukera ematen duena, eta, aldi berean, planeamendu dimentsionalaren sinpletasun matematikoari eusten diona.

Dimentsioak ezabatu ondoren, ekuazio horiek OpenFoam izeneko elementu finituen metodoen software multifisikoan inplementatzen dira. Horretarako, lan honetan jarraitu diren hiru kalkulu- etapak jasotzen dira: aurre-prozesatzea (edo saretzea), prozesatzea eta prozesatu ostekoa.

Elementu finituen metodoaren softwarean ekuazioak inplementatu ondoren, analisi parametriko bat egiten da hainbat simulazioren bidez, parametro adimentsional bakoitzak anplitude-termograman duen eragina aztertzeko.

(Euskera)