• 비파괴검사학회지
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• 제32권4호
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• pp.362-368
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• 2012

본 연구에서는 닫힘균열의 조기발견을 위해서 경사입사 초음파를 이용하여 계면 접촉 음향 비선형성에 의해 발생한 고조파를 영상화하고자 한다. 알루미늄 시편 두 개를 접촉하여 고체-고체 접촉계면을 만들어 닫힘균열을 모사하였고, 접촉계면 압력에 따른 초음파의 음향 비선형을 영상화하였다. 영상화 기법으로는 sampling phased array(SPA)와 synthetic aperture focusing technique(SAFT) 기법을 사용하였다. 접촉계면 압력이 증가하면서 기본 주파수의 성분은 감소하였고 2차 고조파 성분은 증가하다가 닫힘균열로 모사된 부분에서 가장 큰 값을 나타내고 이후에는 감소하였다. 결과적으로 접촉계면에서 음향 비선형성에 의해 발생한 고조파를 영상화 하는 것이 가능하며 이는 초기균열의 조기발견에 적용 가능할 것으로 기대 된다.

• 비파괴검사학회지
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• 제31권1호
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• pp.40-46
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• 2011

닫힘균열과 같은 고체-고체의 접촉계면에서 접촉 음향 비선형성을 평가하기 위해 벌크 투과파를 이용하는 기존의 전통적인 음향 비선형 기술의 경우 현장 적용하는데 있어서 송수신 탐촉자를 장착하기 위해 구조물 내부로 접근하는 것은 접근한계성의 어려움이 있다. 본 연구에서, 고체-고체의 접촉계면에서 음향 비선형성을 측정하기 위해 새로운 반사기법을 제안하였고 이는 대상재료의 동일한 면에서 송신과 수신을 하여 현장 적용성에 매우 편리한 기법이다. 이를 위해, 접촉압력에 대한 멱함수 모델를 통한 선형 그리고 비선형 강성을 추정하고 이를 기반으로 계면에서 반사된 초음파의 비선형 파라미터를 이론적으로 계산하였다. A16061-T6 시편에 대한 접촉압력에 따른 접촉계면 실험 결과들은 이론적인 예측과 매우 잘 일치하였으며 따라서 본 연구에서 제안된 반사모드 기술의 유효성을 검증하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제27권6호
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• pp.582-590
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• 2007

Imperfectly jointed interface serves as mechanical waveguide for elastic waves and gives rise to two distinct kinds of guided wave propagating along the interface. Contact acoustic nonlinearity (CAN) is known to plays major role in the generation of these interface waves called generalized Rayleigh waves in non-welded interface. Closed crack is modeled as non-welded interface that has nonlinear discontinuity condition in displacement across its boundary. Mathematical analysis of boundary conditions and wave equation is conducted to investigate the dispersive characteristics of the interface waves. Existence of the generalized Rayleigh wave(interface wave) in nonlinear contact interface is verified in theory where the dispersion equation for the interface wave is formulated and analyzed. It reveals that the interface waves have two distinct modes and that the phase velocity of anti-symmetric wave mode is highly dependent on contact conditions represented by linear and nonlinear dimensionless specific stiffness.

• Structural Monitoring and Maintenance
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• 제9권3호
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• pp.237-258
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• 2022

This paper studies detecting and locating loose bolts using nonlinear guided waves. The 3D Finite Element (FE) simulation is used for the prediction of guided waves' interactions with loose bolted joints. The numerical results are verified by experimentally obtained data. The study considers bolted joints consisting of two bolts. It is shown that the guided waves' interaction with surfaces of a loose bolted joint generates Contact Acoustic Nonlinearity (CAN). The study uses CAN for detecting and locating loose bolts. The processed experimentally obtained data show that the CAN is able to successfully detect and locate loose bolted joints. A 3D FE simulation scheme is developed and validated by experimentally obtained data. It is shown that FE can predict the propagation of guided waves in loose bolts and is also able to detect and locate them. Several numerical case studies with various bolt sizes are created and studied using the validated 3D FE simulation approach. It is shown that the FE simulation modeling approach and the signal processing scheme used in the current study are able to detect and locate the loose bolts in imperfect bolted joints. The outcomes of this research can provide better insights into understanding the interaction of guided waves with loose bolts. The results can also enhance the maintenance and repair of imperfect joints using the nonlinear guided waves technique.

• 비파괴검사학회지
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• 제28권4호
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• pp.352-357
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• 2008

구조물의 안전 보장 문제에 있어 재료의 파손 이전에 미세균열을 검출하는 것은 매우 중요하다. 비선형 초음파 기법은 일반적인 초음파 기법보다 미세결함에 민감하기 때문에 이를 이용하여 비파괴적으로 구조물이나 재료의 건전성을 진단하는 방법이 주목받고 있다. 계면접촉에 의한 비선형 초음파 효과는 초음파가 내부의 미세 균열에 입사될 때 미세균열면에서 응력과 변위가 비선형 관계를 가지고, 이에 의해 파가 왜곡되어 그 결과 고조파 성분이 발생하는 현상이다. 본 연구에서는 이러한 비선형 초음파 기법의 적용가능성을 알루미늄 시편에 인위적으로 발생시킨 피로균열을 대상으로 실험적으로 검증하고자 하였다. 이를 위해 V-노치를 갖는 A16061의 피로균열 시험편을 준비하고, 균열방향으로 2차 고조파 성분의 크기를 측정하였다. 실험결과 미세균열에서 고조파 성분이 크게 발생하며 이 기법에 의한 균열깊이 측정이 일반적인 반사파의 6 dB drop법보다 정확함을 확인하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제30권6호
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• pp.578-586
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• 2010

This paper describes a theoretical model and acoustic analysis of hysteresis of contacting surfaces subject to compression pressure. Contacting surfaces known to be nonlinear and hysteretic is considered as a simple spring that has a complex stiffness connecting discontinuous displacements between two solid contact boundaries. Mathematical formulation for 1-D interfacial wave propagation between two contacting solids is developed using the complex spring model to derive the dispersion relation between the interface wave speed and the complex interfacial stiffness. Existence of the interface wave propagating along the hysteretic interface is studied in theory and discussed by investigating the solution to the dispersion equation. Unlike the linear interface without hysteresis, there can exist only one distinct mode of interface waves for the hysteretic interface, which is anti-symmetric motion. The anti-symmetric mode of interface wave propagates with the velocity faster than the Rayleigh surface wave but less than the shear wave depending on the interfacial stiffness. If the contacting surfaces are compressed so much that the linear interfacial stiffness is very high, the hysteretic stiffness does not affect the interface wave velocity. However, it has an effect on the speed of interface wave for a loosely contact surfaces with a relatively low linear stiffness. It is also found that the phase velocity of anti-symmetric wave mode converges to the shear wave velocity in despite of the linear stiffness value if the hysteretic stiffness approaches 0.5.

• 비파괴검사학회지
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• 제33권2호
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• pp.193-197
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• 2013

본 연구에서는 열처리된 알루미늄 합금의 초음파 비선형 특성을 평가하였다. 초음파의 비선형성은 재료를 전파한 초음파의 2차고조파와 기본주파수 성분의 진폭비에 의존하는 비선형 파라미터 ${\beta}$로 측정하였다. 비선형 파라미터 ${\beta}$의 측정은 접촉식 탐촉자를 이용하여 동일 평면상에서 시편저면에서 반사된 신호로부터 구하였다. 열처리(시효)는 $300^{\circ}C$에서 1시간부터 50시간까지 다양한 유지시간동안 수행하였다. 인장시험으로부터 인장강도와 연신율을 구하고 비선형 파라미터와 비교하였다. 비선형 파라미터 ${\beta}$는 시효시간 5시간에서 피크를 나타내고 이후는 감소하였다. 이는 인장강도와 연신율의 변화와 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났다. 또한 비선형 파라미터가 피크를 나타낸 열처리 시간과 인장곡선에서 최대변화가 나타난 열처리 시간이 일치하였다. 이 같은 결과는 알루미늄합금의 시효처리로 인한 강도 변화를 모니터링 하는데 초음파의 비선형성이 유용할 수 있음을 보여준다.

• Computers and Concrete
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• 제19권1호
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• pp.59-68
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• 2017

This study focused on modeling the behavior of the compressive stress using the average strain and ultrasonic test results in concrete. Feed-forward backpropagation artificial neural network (ANN) models were used to compare four types of concrete mixtures with varying water cement ratio (WC), ordinary concrete (ORC) and concrete with short steel fiber-reinforcement (FRC). Sixteen (16) $150mm{\times}150mm{\times}150mm$ concrete cubes were used; each contained eighteen (18) data sets. Ultrasonic test with pitch-catch configuration was conducted at each loading state to record linear and nonlinear test response with multiple step loads. Statistical Spearman's rank correlation was used to reduce the input parameters. Different types of concrete produced similar top five input parameters that had high correlation to compressive stress: average strain (${\varepsilon}$), fundamental harmonic amplitude (A1), $2^{nd}$ harmonic amplitude (A2), $3^{rd}$ harmonic amplitude (A3), and peak to peak amplitude (PPA). Twenty-eight ANN models were trained, validated and tested. A model was chosen for each WC with the highest Pearson correlation coefficient (R) in testing, and the soundness of the behavior for the input parameters in relation to the compressive stress. The ANN model showed increasing WC produced delayed response to stress at initial stages, abruptly responding after 40%. This was due to the presence of more voids for high water cement ratio that activated Contact Acoustic Nonlinearity (CAN) at the latter stage of the loading path. FRC showed slow response to stress than ORC, indicating the resistance of short steel fiber that delayed stress increase against the loading path.