Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.34
no.6
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pp.457-466
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2014
This paper presents an analytic and numerical simulation of the generation and propagation of pico-second ultrasound with nano-scale wavelength, enabling the production of bulk waves in thin films. An analytic model of laser-matter interaction and elasto-dynamic wave propagation is introduced to calculate the elastic strain pulse in microstructures. The model includes the laser-pulse absorption on the material surface, heat transfer from a photon to the elastic energy of a phonon, and acoustic wave propagation to formulate the governing equations of ultra-short ultrasound. The excitation and propagation of acoustic pulses produced by ultra-short laser pulses are numerically simulated for an aluminum substrate using the finite-difference method and compared with the analytical solution. Furthermore, Fourier analysis was performed to investigate the frequency spectrum of the simulated elastic wave pulse. It is concluded that a pico-second bulk wave with a very high frequency of up to hundreds of gigahertz is successfully generated in metals using a 100-fs laser pulse and that it can be propagated in the direction of thickness for thickness less than 100 nm.
Underwater acoustics, which is the study of the phenomena related to sound waves in water, has been applied mainly in research on the use of sound navigation and range (SONAR) systems for communication, target detection, investigation of marine resources and environments, and noise measurement and analysis. Underwater acoustics is mainly applied in the field of remote sensing, wherein information on a target object is acquired indirectly from acoustic data. Presently, machine learning, which has recently been applied successfully in a variety of research fields, is being utilized extensively in remote sensing to obtain and extract information. In the earlier parts of this work, we examined the research trends involving the machine learning techniques and theories that are mainly used in underwater acoustics, as well as their applications in active/passive SONAR systems (Yang et al., 2020a; Yang et al., 2020b; Yang et al., 2020c). As a follow-up, this paper reviews machine learning applications for the inversion of ocean parameters such as sound speed profiles and sediment geoacoustic parameters.
Saqib Sharif;Hyeong-Woo Song;Daewon Jung;Hiep Xuan Cao;Jong-Oh Park;Byungjeon Kang;Eunpyo Choi
Journal of Sensor Science and Technology
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v.32
no.6
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pp.418-424
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2023
Natural killer (NK) cells play a crucial role in combating infections and tumors. However, their therapeutic application in solid tumors is hindered by challenges, such as limited lifespan, tumor penetration, and delivery precision. Our research introduces a novel ultrasonic actuation technique to navigate NK cells more effectively in the vascular system, particularly at vessel bifurcations where targeted delivery is most problematic. We use a hemispherical ultrasonic transducer array that generates phase-modulated traveling waves, focusing on an ultrasound beam to steer NK cells using blood-flow dynamics and a focused acoustic field. This method enables the precise obstruction of non-target vessels and efficiently directs NK cells toward the tumor site. The simulation results offer insights into the behavior of NK cells under various conditions of cell size, radiation pressure, and fluid velocity, which inform the optimization of their trajectories and increase targeting efficiency. The experimental results demonstrate the feasibility of this ultrasonic approach for enhancing NK cell targeting, suggesting a potential leap forward in solid tumor immunotherapy. This study represents a significant step in NK cell therapeutic strategies, offering a viable solution to the existing limitations and promising enhancement of the efficacy of cancer treatments.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.9
no.4
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pp.403-413
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2007
As rock bolts become one of the main support systems in tunnels and underground structures, the integrity of the rock bolts affects the safety of these types of structures. The purpose of this study is the evaluation of rock bolt integrity using Fourier and wavelet transforms of the guided ultrasonic waves. After five rock bolt specimens with various defect ratios are embedded into a large scale concrete block, guided waves are generated by a PZT (lead zirconate titanate) element and measured by an acoustic emission (AE) sensor. The captured signals are analyzed in the frequency domain using the Fourier transform, and in the time-frequency domain using the wavelet transform based on a Gabor wavelet. The spectrum obtained from the Fourier transform shows that a portion of high frequency contents increases with increase in the defect ratio. Peak values in the time-frequency domain represent the interval of travel time of each echo. The energy velocities of the guided waves increase with the defect ratio. This study shows that the spectrum ratio and the energy velocity may be indicators fur the evaluation of rock bolt integrity.
Background: The singing bowl is a bowl-shaped percussion instrument and is used in meditation and healing programs, but the mechanism of its clinical effects is unclear. Purpose: In this paper, we reviewed the peculiar acoustic property of the singing bowl sound and discussed on physical mechanisms of the clinical effects of the singing bowl sound. Methods: We studied the literature by reviewing it. Results: There are multiple pitches at adjacent frequencies in the singing bowl sound, and they give rise to the beat phenomenon. This results in a solid persisting beating felt in the singing bowl sound. Furthermore, the beat that depends on singing bowls and playing methods includes a rhythm often similar to the frequency band of brain waves (theta wave) observed in meditative states and induces a synchronization phenomenon in which the rhythm activates the brain waves in meditative states. Furthermore, we are to infer that the clinical effect of the singing bowl sound is closely associated with the synchronization of brain waves to the beat rhythm of the singing bowl sound. Conclusion: To clearly understand the clinical mechanism of the singing bowl sound, we suggest further systematic studies on the psychological and physiological responses to the beats of the singing bowl sound.
As rock bolts become one of the main support systems in tunnels and underground structures, the integrity of the rock bolts affects the safety of these structures. The purpose of this study is the evaluation of rock bolt integrity using wavelet transforms of the guided ultrasonic waves by using transmission test in the field. After several rock bolts with various defect ratios are embedded into a large scale concrete block and rock mass, guided waves are generated by a piezo disk element and measured by an acoustic emission (AE) sensor. The captured signals are analyzed in the time-frequency domain using the wavelet transform based on a Gabor wavelet. Peak values in the time-frequency domain represent the interval of travel time of each echo. The energy velocities of the guided waves increase with an increase in the defect ratio. The suitable curing time for the evergy velocity analysis is proposed by the laboratory test, and in-situ tests are performed in two tunnelling sites to verify the applicability of rock bolt integrity tests performed after proposed curing time. This study proves that time-frequency domain analysis is an effective tool for the evaluation of the rock bolt integrity.
Kim, Young-Deog;Kim, Kwang-Il;Jeong, Woo-Cheol;Kim, Heung-Rak;Kim, Dong-Su
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.22
no.4
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pp.354-360
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2002
The piezoelectric composites had many advantages in comparison with conventional piezoelectric ceramics and piezopolymers for ultrasonic transducers used in NDT and in medical ultrasionic imaging. The electromechanical coupling coefficient should be high and the acoustic impedance should be low in these applications. However, the cross-coupling with spurious oscillations caused by laterally running plate waves exhibited complex motions in the surface of piezoelectric composites with coarse lateral spatial scale. The thickness mode electromechanical coupling coefficient of 1-3type of piezoelectric compoistes were 0.36 to 0.64, and the acoustic impedance of them were 9.8 to 22.7 MRayl. The lateral resonance frequency of 1-3 type piezoelectric composites shifted to high frequency region with decreasing lateral spatial scale.
This study experimentally investigates effect of boiling heat transfer when ultrasonic vibration was applied. Under the wall temperature condition, temperature distribution in a cavity was measured during the boiling process and heat transfer coefficient of convection, sub-tooled boiling and saturated boiling states were measured with and without ultrasonic vibration, respectively. Also, the profiles of the pressure distribution in acoustic field measured by a hydrophone were compared with the augmentation ratios of heat transfer calculated by local heat transfer coefficient. Result of this study, heat transfer coefficient and augmentation ratio of heat transfer is higher with ultrasonic waves than without one. Especially, augmentation ratio of heat transfer is more increased the convection state than sub-cooled boiling and saturated boiling states. Acoustic pressure is relatively higher near ultrasonic transducer than other points where is no installed it and affects the augmentation ratio of heat transfer.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.29
no.4
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pp.344-350
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2009
The goal of this study is to introduce the theoretical background of acoustic nonlinearity in surface wave and to verify its characteristics by experiments. It has been known by theory that the nonlinear parameter of surface wave is proportional to the ratio of $2^{nd}$ harmonic amplitude and the power of primary component in the propagated surface wave, as like as in bulk waves. In this paper, in order to verify this characteristics we constructed a measurement system using contact angle beam transducers and measured the nonlinear parameter of surface wave in an Aluminum 6061 alloy block specimen while changing the distance of wave propagation and the input amplitude. We also considered the effect of frequency-dependent attenuation to the measurement of nonlinear parameter. Results showed good agreement with the theoretical expectation that the nonlinear parameter should be independent on the input amplitude and linearly dependent on the input amplitude and the $2^{nd}$ harmonic amplitude is linearly dependant on the propagation distance.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.26
no.7
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pp.765-773
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2016
The vehicle interior noise caused by exterior fluid flow field is one of critical issues for product developers in a design stage. Especially, turbulence and vortex flow around A-pillar and side mirror affect vehicle interior noise through a side window. The reliable numerical prediction of the noise in a vehicle cabin due to exterior flow requires distinguishing between the aerodynamic (incompressible) and the acoustic (compressible) surface pressures as well as accurate computation of surface pressure due to this flow, since the transmission characteristics of incompressible and compressible pressure waves are quite different from each other. In this paper, effective signal processing technique is proposed to separate them. First, the exterior flow field is computed by applying computational aeroacoustics techniques based on the Lattice Boltzmann method. Then, the wavenumber-frequency analysis is performed for the time-space pressure signals in order to characterize pressure fluctuations on the surface of a vehicle side window. The wavenumber-frequency diagrams of the power spectral density shows clearly two distinct regions corresponding to the hydrodynamic and the acoustic components of the surface pressure fluctuations. Lastly, decomposition of surface pressure fluctuation into incompressible and compressible ones is successfully accomplished by taking the inverse Fourier transform on the wavenumber-frequency diagrams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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