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Acoustic Nonlinearity of Narrow-Band Surface Wave Generated by Laser Beam with Line-Arrayed Slit Mask

선배열 슬릿마스크를 이용한 협대역 레이저 여기 표면파의 음향 비선형성

  • 최성호 (한양대학교 자동차공학과) ;
  • 남태형 (한양대학교 자동차공학과) ;
  • 이태훈 (한양대학교 자동차공학과) ;
  • 김정석 (한양대학교 자동차공학과) ;
  • 장경영 (한양대학교 기계공학부)
  • Received : 2010.07.12
  • Accepted : 2010.10.25
  • Published : 2010.12.01

Abstract

We examined the mechanism of generation of higher harmonics by theoretically analyzing the frequency characteristics of a narrow-band surface wave generated by a laser beam with line-arrayed slit masks. We experimentally analyzed the effects of slit opening width and laser intensity on the acoustic nonlinearity of aluminum 6061-T6 alloy by using single-slit and line-arrayed slit masks. The magnitude of the harmonic wave depended on the slit opening width. In our experiment, we generated a 1.75-MHz surface wave by using an arrayed slit with intervals of 1.67 mm. The magnitude of the second harmonic component decreased about by 80% when the slit opening width was increased from 0.5 mm to 1.0 mm. In addition, the relationship between the magnitudes of the fundamental and the second harmonic wave showed good linearity, which agreed well with the typical behavior of acoustic nonlinearity.

선배열 슬릿 마스크를 이용하여 발생시킨 협대역의 레이저 여기 표면파의 주파수 특성을 이론적으로 분석하여 음향비선형성 분석에 영향을 미칠 수 있는 초기 고조파성분의 발생 기구를 규명하였다. 그리고 알루미늄 6061-T6 합금의 음향 비선형성에 대한 슬릿 열림폭과 레이저 세기의 영향을 단일 슬릿과 선배열 슬릿을 이용하여 실험적으로 분석하였다. 고조파 성분의 진폭은 슬릿 열림폭에 의존하는데 본 연구의 경우 슬릿 배열간격을 1.67 mm로 하여 1.75 MHz의 표면파를 발생시켰으며 이 경우 슬릿 열림폭이 0.5 mm에서 1.0 mm로 증가함에 따라 2차 고조파 성분의 진폭은 약 80 % 감소하였다. 또한 레이저 세기에 따라서 기본파 성분 진폭($A_1$)을 변화시키면서 2차 고조파 진폭($A_2$)의 변화를 실험한 결과 $A_1^2$$A_2$간에는 우수한 선형 관계를 보였으며, 이는 전형적인 음향비선형성의 특징을 잘 나타낸다.

Keywords

References

  1. Jhang, K. Y., 2000, "Application of Nonlinear Ultrasonics to the NDE of Material Degradation," IEEE Transaction on Ultrasonics, Frequencies, and Frequency Control, Vol. 47, No. 3, pp. 540-548. https://doi.org/10.1109/58.842040
  2. Huang, J., Krishnaswamy, S. and Achenbach, J. D., 1991, "Laser-Generation of Narrow-Band Surface Waves," Ultrasonics Simposium, pp.537-541.
  3. Vella, P. J., Padmore, T. C. and Stegeman, G. I., 1974, "Nonlinear Surface-Wave Interaction : Parametric Mixing and Harmonic Generation," Journal of Applied Physics, Vol. 45, No. 5, pp. 1993-2006. https://doi.org/10.1063/1.1663536
  4. Duffer, C. E. and Burger, C. P., 1996, "Narrow Band Laser Ultrasonic NDE," Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, Vol. 15, pp. 593-600.
  5. Lee, Y. C., Kim, J. O. and Achenbach, J. D., 1994, "Measurement of Stresses by Line-focus Acoustic Microscopy," Ultrasonics, Vol. 32, No. 5, pp. 359-365. https://doi.org/10.1016/0041-624X(94)90105-8
  6. Berthelot, Y. H. and Jarzynski, J., 1990, "Directional Laser Generation and Detection of Ultrasound with Arrays of Optical Fibers," Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, Vol. 9, pp. 463-470.
  7. Kenderian, S. and Djordjevic, B. B., 2003, "Narrow Band Laser-Generated Surface Acoustic Waves using a Formed Source in the Ablative Regime," Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 113, pp. 261-266. https://doi.org/10.1121/1.1529664
  8. Viktorov, I. A., 1967, "Rayleigh and Lamb Waves Physical Theory and Applications," pp. 1-7, Plenum Press, New York.
  9. Norris, A. N., 1991, "Symmetry Conditions for Third Order Elastic Moduli and Implications in Nonlinear Wave Theory," Journal of Elasticity, Vol. 25, No. 3, pp. 247-257. https://doi.org/10.1007/BF00040928
  10. Jeong, H. J., Nahm, S. H., Jhang, K. Y. and Nam, Y. H., 2002, "Evaluation of Fracture Toughness Degradation of CrMoV Rotor Steels Based on Ultrasonic Nonlinearity Measurements," KSME International Journal, Vol. 16, No. 2, pp. 147-154. https://doi.org/10.1007/BF03185165
  11. Choi, I. H., Beak, S. H., Lee, T. H. and Jhang, K. Y., 2010, “Evaluation of Fa]tigue Degradation in SUS316L Using Nonlinear Ultrasonics,” Trans. of the KSME, A, Vol. 34, No. 2, pp. 145-152.