1. Preparação, medição e pesagem do corpo de prova:
   O corpo de prova deve ser preparado no formato de uma barra retangular, ter a altura, largura e comprimento medido com um paquímetro e finalmente ser pesado. No software é possível inserir as precisões dimensionais e do peso para que a incerteza dos resultados seja calculada automaticamente; quando maior a precisão da medição e pesagem do corpo, mais estreito será o intervalo de confiança. A precisão típica de um paquímetro é 0,1 mm e de uma balança de precisão 0,001 g.
2. Posicionamento da amostra no suporte e do sensor/atuador:
   O corpo de prova, após pesado e medido, deve ser posicionado no suporte de tal forma que seja apoiado em dois pontos na região central com relação à largura e a 0,25 L (L=comprimento da amostra) de distância das extremidades. A excitação e captação da vibração são realizadas por um atuador e por um sensor piezoelétrico contrapostos a 0,32 L das extremidades. Este posicionamento permite a ocorrência tanto do modo de ressonância flexional quanto do torcional, bem como dos respectivos harmônicos de primeira e segunda ordem que são considerados nos cálculos pelo método de Kaneko [2] para aumentar a precisão e confiabilidade dos resultados. Para o posicionamento, o usuário conta com duas opções de suporte, uma que realiza o posicionamento automaticamente e outra que indica o espaçamento a partir de uma guia graduada cabendo ao usuário o alinhamento.
3. Realização da varredura:
   Com o corpo posicionado, o próximo passo é ordenar ao software que execute a varredura para a obtenção das frequências de ressonância. Neste momento o software irá comandar o hardware para que seja aplicada uma excitação senoidal no atuador com frequência variável ao longo da faixa de frequências de interesse, que pode ser discretizada em até 1000 pontos/medições; por exemplo, a realização de 1000 medições entre 3 e 18 kHz com passos de 15 Hz. A faixa máxima de frequência do instrumento é de 1 a 60 KHz e a precisão nas frequências sintetizadas digitalmente de ± 0,001%. Para cada frequência é medido o sinal captado pelo sensor piezoelétricos e a partir deste sinal, construído o espectro de vibração que equivale a uma função transferência de um filtro passa-bandas onde a frequência central das bandas corresponde às frequências de ressonância e harmônica do corpo de provas.
4. Processamento:
   O processamento consiste na identificação das frequências encontradas quanto ao modo de vibração e à ordem a quem pertencem (flexional ou torcional; fundamental, primeiro ou segundo harmônico). Após a identificação das frequências o passo seguinte é o cálculo dos módulos, que pode ser realizado pelo método de Piquet [3] ou Kaneko [2]. A seleção das frequências pode ser realizada automaticamente ou manualmente pelo usuário. O cálculo dos módulos a partir das frequências é sempre automático.
5. Armazenamento dos resultados:
   Os resultados podem ser armazenados de duas formas, em um arquivo de dados que pode ser reprocessado, ou como um relatório em pdf contendo os parâmetros da amostra, da caracterização, o espectro, as frequências selecionadas e os módulos elásticos encontrados com os respectivos intervalos de confiança. No relatório também é possível incluir a identificação do operador, entidade e horário da caracterização. O relatório em pdf é particularmente útil no caso de se desejar um laudo para documentar a caracterização.

O Scanelastic^® também permite a realização de um número arbitrário de caracterizações em função do tempo, e caracterizações em função da temperatura para as quais demanda de um forno especialmente desenvolvido pela ATCP para este fim. O forno pode ser para até 1.200 ou 1.500 °C.

Teoria

O Scanelastic^® calcula o módulo de cisalhamento a partir das frequências torcionais e o módulo de Young a partir das frequências flexionais do corpo de prova no formato de uma barra prismática. A razão de Poisson é calculada a partir do módulo de Young e do módulo de cisalhamento; na realizada é necessário um processo interativo para o cálculo do módulo de Young e da razão de Poisson, visto que esta influencia na precisão do módulo de Young.

Para a realização dos cálculos, o software Scanelastic^® lança mão das equações desenvolvida por Picket [3] ou Kaneko [2], de acordo com a seleção do usuário. As equações de Picket se aplicam apenas para o cálculo a partir dos modos de ressonância fundamentais e são as equações sugeridas pelas normas ASTM. As equações desenvolvidas por Kaneko são mais refinadas e permitem o cálculo dos módulos elásticos também a partir de modos de vibração harmônicos. Por exemplo, utilizando o método de Picket mesmo que tenhamos em mãos um espectro com frequências até a terceira ordem, seremos capazes de calcular o valor dos módulos somente através dos modos de vibração fundamentais. Já com as equações de Kaneko, é possível calcular os módulos para os modos fundamentais e seus harmônicos; os valores dos módulos para os modos fundamentais e harmônicos devem ser o mesmos, o que por um lado é redundante, mas por outro propicia uma forma de identificar a ocorrência de uma seleção de frequências equivocada. Materiais com microestrutura grosseira, compósitos ou que sofreram dano por choque térmico costumam apresentar frequências espúrias em seu espectro que podem ser facilmente confundidas com os modos fundamentais se não houver à disposição uma ferramenta de análise precisa como é o software Scanelastic^® .

BIBLIOGRAFIA

• [1] MORREL, R.; Measuring Elastic Properties of Advanced Technical Ceramics: a review, UK National Physical Laboratory Report, 42 October of 1996.
• [2] KANEKO, T. Relation between flexural resonant frequencies of rectangular beams and Young's modulus. J. Non-Crystalline Solids, 21, 1976, p. 435-439.
• [3] PICKETT, G.; Equations for Computing Elastic Constants from Flexional and Torsional Resonant Frequencies of Vibration of Prisms and Cylinders. Am. Soc. Test. Mater., Proceedings, v.45, p.846-865; 1945.

Revisões

• [4] MORREL, R.; NPL Measurement Good Practice Guide No. 98 - Elastic Module Measurement, UK National Physical Laboratory Report, 2006.

Normas

• [5] ISO 17561:2002; Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) - Test method for elastic moduli of monolithic ceramics at room temperature by sonic resonance. International Organization for Standardization. Published 2007-10-15.
• [6] ASTM E1875 – 08; Standard Test Method for Dynamic Young’s Modulus, Shear Modulus, and Poisson’s Ratio by Sonic Resonance. ASTM Standard approved October 10, 2000, Published January 2007.
• [7] ASTM C1198 - 09; Standard Test Method for Dynamic Young's Modulus, Shear Modulus, and Poisson's Ratio for Advanced Ceramics by Sonic Resonance. ASTM Standard approved September 15, 1991, Published December 1991.

Cálculos e equações

• [8] SPINNER, S.; TEFFT, W. E. A Method for Determining Mechanical Resonance Frequencies and for Calculating Elastic Moduli from these Frequencies. ASTM Proceedings Vol. 61, 1961.