Estudio de la Propagación de Ondas Guiadas sobre un Riel Ferroviario

Abstract

La propagación de ondas elásticas en estructuras donde por lo menos una de las dimensiones es mucho mayor que las otras dos, las llamadas ondas guiadas, es un tema actualmente vinculado a técnicas de Ensayos No Destructivos. Varios sistemas basados en este tipo de ondas permiten definir regiones con daño en forma rápida solo con una entrada que será emisora receptora, esto tiene gran ventaja en el estudio de estructuras de difícil acceso. Otra de las características de los métodos de detección de daño basados en la propagación de este tipo de ondas es que permite también escanear con rapidez grandes regiones de inspección. Existen muchas estructuras de gran interés en ingeniería, en las cuales se puede aplicar técnicas de inspección basadas en ondas guiadas, tubos, cables, rieles, recipientes a presión, entre otros. El estudio de este tipo de ondas fue iniciado por Lamb a comienzos del siglo XX, el mismo propuso una solución analítica para representar la propagación espacial-temporal de este tipo de ondas para el caso de una placa. La propagación de ondas guiadas en estas estructuras tienen la característica de ser muy sensible a la forma de la dimensión finita de la estructura en análisis. El estudio de estas ondas es fundamental en el cálculo de las llamadas curvas de dispersión que serán específicas para cada geometría estudiada. Estas curvas de dispersión permiten describir, dada una excitación aplicada sobre la estructura en análisis, en qué ondas modales dicha excitación se va a descomponer. En este contexto en el presente trabajo se calculan las curvas de dispersión de un riel (BS85A) aplicando elementos finitos, empleando dos metodologías de análisis. Posteriormente se modela el riel sobre el cual se aplica una excitación tipo tone-burst con una frecuencia específica dominante utilizando el método de los elementos finitos combinado con un esquema explícito en la integración temporal de las ecuaciones de movimiento. Los resultados obtenidos son discutidos y los mismos permiten entender la propagación de ondas guiadas en este tipo de geometría, información esencial para aplicar estos conceptos en técnicas de detección de defectos no destructivos.