Las direcciones que toman las ondas guiadas en una estructura sólo pueden existir en combinaciones específicas de frecuencia y número de onda [5], estas características en la dirección de la propagación vendrán representadas en lo que se conoce como modos de ondas.
Número de onda (k): es una magnitud de frecuencia que indica el número de veces que vibra una onda en una unidad de distancia [19].
Las siguientes figuras representan el esquema de coordenadas para barras en coordenadas cilíndricas (figura 1) y para placas de espesor constante t en coordenadas cartesianas (figura 2). Dichos esquemas resultan útiles para determinar la dirección de propagación de las partículas de acuerdo con el modo de onda.
El estudio de Ondas Guiadas en barras (figura 1) y en cilindros huecos, permitió extrapolar condiciones y emplearlas en inspecciones no destructivas de tuberías [72] en el campo petroquímico. Como consecuencia, las ondas guiadas son la familia de modos de onda, destacándose las Lamb, torsionales, flexurales, longitudinales y modos de tornillo en el caso específico de barras con sección cuadrada.
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Figura 1. Esquema de coordenadas para barras. Adaptado de [15]
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Figura 2. Esquema de coordenadas para placas de espesor constante t. Adaptado de [5]
Modos simétricos y no simétricos (antisimétricos): Están relacionados con la amplitud uniforme respecto al eje de la sección de la pieza (la representación esquemática de estos modos están disponibles en pestañas posteriores).
Modos axisimétricos y no axisimétricos: Están relacionados con la amplitud uniforme respecto a la circunferencia de la tubería. Los modos no axisimétricos también son útiles para la inspección de largo alcance, sin embargo, los axisimétricos suelen simplificar la inspección ya que son más fáciles de excitar y tienen campos acústicos relativamente simples. [5]
En la figura 3 se observan los 3 modos de ondas característicos en la Ispección por Ondas Guiadas en tuberías; longitudinal, torsional y flexural. Los dos primeros corresponde a modos axisimétricos mientras que el último, es el resultado de la interacción de un modo axisimétrico con una característica no axisimétrica como un defecto, por ejemplo.
Figura 3. Modo Longitudinal (L), Torsional (T) y flexural (F). Tomado de [25]
Cuando una onda ultrasónica incide sobre una interfase acústica, parte de su energía puede ser convertida en otros modos de vibración (o tipos de onda), durante la reflexión o la refracción; este efecto es causado cuando la incidencia angular de la onda tiene un ángulo de incidencia diferente a cero grados con respecto a la normal a la interfase acústica.
La conversión de modos ocurre por efecto de la geometría de la pieza (ver figura 4), la divergencia del haz y la incidencia angular sobre la interfase entre dos materiales que tengan una impedancia acústica diferente. Estos efectos de conversión de modo tienen la capacidad de crear nuevos modos, además del excitado inicialmente [22].
Figura 4. Conversión de modo por efecto de la geometría de la pieza. Tomado de [22]
Figura 5. Conversión de modo de la onda incidente en onda transversal en longitudinal. Tomado de [22]
De la figura 5, se puede inferir la siguiente ecuación, ya que la onda longitudinal que incide sobre la superficie es normal a la onda transversal reflejada:
