Abstract
Uniaxial stress in ail axisymmetric body is the simplest example of ultrasonic stress measurement. However, the birefringence theory cannot be applied for axisymmetric solids because the axisymmetric stress field in the body does not make shy velocity difference in SH waves propagating in the axisymmetric direction. Conventional ultrasonic technique using the time-of-flight method also needs ultrasonic lengths of the unstressed and stressed body, which is very impractical. In this paper, the birefringence effect in axisymmetric solids under uniaxial stress is formulated to evaluate the axial stress inside the solid without measuring tile ultrasonic length. Theoretical derivation for the birefringence characteristics in the axisymmetric solids is made using the longitudinal and shear waves instead of two horizontally polarized shear waves. Tension test is conducted for carbon-steel specimen to measure the birefringence coefficient and investigate the validity of the theory. It is observed from experimental results that the velocity difference in two differently polarized acoustic waves is proportional to the uniaxial stress in the axisymmetric solid with a good agreement with the theoretical value.
축대칭 단축 응력은 이론적으로는 초음파 응력측정 기술에서 가장 단순한 대상이지만 두 횡파를 이용하는 기존의 초음파 복굴절 응력측정 기술은 축대칭 구조에서 사용되기 어렵다. 또한 선형 음탄성 이론에 근거한 초음파 진행거리 시간 측정방법 역시 적용에 한계가 있는 경우가 많은데 그 이유는 초음파 길이(ultrasonic length)와 재료의 음탄성 특성을 정확히 알아야 한다는 점 때문이다. 본 논문에서는 축대칭 구조의 고체내부에 축 응력이 존재할 때 나타나는 초음파 복굴절 특성을 음탄성 이론을 이용하여 분석하였다. 이를 위해 서로 다른 편광특성을 가지는 두개의 초음파가 축 방향으로 입사될 때 만들어지는 속도 변화를 음탄성 이론식으로부터 결정하고 이를 이용하여 축 응력과 복굴절 특성의 관계를 유도한 후 이 결과를 간단한 인장 실험결과로부터 검증하였다.
