• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제19권5호
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• pp.1116-1122
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• 2005

A finite element method was used to simulate the wave propagation of laser-generated ultrasound and its interaction with surface breaking cracks in an elastic material. Thermoelastic laser line source on the material surface was approximated as a shear dipole and loaded as nodal forces in the plane-strain finite element (FE) model. The shear dipole- FE model was tested for the generation of ultrasound on the surface with no defect. The model was found to generate the Rayleigh surface wave. The model was then extended to examine the interaction of laser generated ultrasound with surface-breaking cracks of various depths. The crack-scattered waves were monitored to size the crack depth. The proposed model clearly reproduced the experimentally observed features that can be used to characterize the presence of surface-breaking cracks.

• 대한기계학회논문집A
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• 제26권4호
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• pp.745-753
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• 2002

It is required to evaluate nondestructively the crack depth of surface-breaking cracks for the assurance of safety of structure. Optical generation of ultrasound produces well defined pulses with a repeatable frequency content, that are free of any mechanical resonances; they are broad band and are ideal for the measurement of attenuation and scattering over a wide frequency range. Self-calibrating surface signal transmission measurement is very sensitive and practical tool for surface-breaking crack depth. In this paper, the self-calibrating technique by laser-based ultrasound is used to evaluate the depth of surface-breaking crack of material. It is suggested that the relationship between the signal transmission and crack depth can be used as a practical model for predicting the surface-breaking crack depths from the signal transmission measured in structure.

• 비파괴검사학회지
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• 제25권3호
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• pp.215-221
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• 2005

It is required to evaluate nondestructively depth of surface-breaking cracks in structures. In this paper, the self-compensated technique by laser-based ultrasound is used to measure the depth of surface-breaking defect. Optical generation of ultrasound produces a well defined pulse with reliable frequency content. It is broad banded and suitable for measurement of attenuation and scattering over a wide frequency range. The self-calibrated signal transmission data of surface wave shows good sensitivity as a practical tool far assessment of surface-breaking defect depth. It is suggested that the relationship between the signal transmission and crack depth can be used to predict the surface-breaking crack depths in structures.

• Structural Monitoring and Maintenance
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• 제9권4호
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• pp.373-388
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• 2022

A USW based diagnostic procedure is presented for estimating the depth of surface-breaking cracks. The diagnosis is demonstrated on seven lab-scale SFRC beam specimens, which are subjected to the CMOD controlled three-point bending test to create real bending cracks. Then, the recorded multiple ultrasonic signals are examined with the signal processing techniques, including wavelet transform and two-dimensional Fourier transform, to investigate the relationships between the crack depth and two diagnostic indices, namely the attenuation coefficient and dispersion index (DI). Finally, the reliabilities of these indices for depth estimation are verified with the visually measured crack depths as well as the crack features obtained with a digital image processing algorithm. It is found that the DI outperforms the attenuation coefficient in depth estimation, where this index displays good agreement with the visual inspection for 86% of the inspected specimens.

• International Journal of Concrete Structures and Materials
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• 제9권3호
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• pp.307-321
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• 2015

The primary objective of this study is to investigate the feasibility of an innovative surface-mount sensor, made of a piezoelectric disc (PZT sensor), as a consistent source for surface wave velocity and transmission measurements in concrete structures. To this end, one concrete slab with lateral dimensions of 1500 by 1500 mm and a thickness of 200 mm was prepared in the laboratory. The concrete slab had a notch-type, surface-breaking crack at its center, with depths increasing from 0 to 100 mm at stepwise intervals of 10 mm. A PZT sensor was attached to the concrete surface and used to generate incident surface waves for surface wave measurements. Two accelerometers were used to measure the surface waves. Signals generated by the PZT sensors show a broad bandwidth with a center frequency around 40 kHz, and very good signal consistency in the frequency range from 0 to 100 kHz. Furthermore, repeatability of the surface wave velocity and transmission measurements is significantly improved compared to that obtained using manual impact sources. In addition, the PZT sensors are demonstrated to be effective for monitoring an actual surface-breaking crack in a concrete beam specimen subjected to various external loadings (compressive and flexural loading with stepwise increases). The findings in this study demonstrate that the surface mount sensor has great potential as a consistent source for surface wave velocity and transmission measurements for automated health monitoring of concrete structures.

• 비파괴검사학회지
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• 제21권2호
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• pp.152-162
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• 2001

비파괴 평가 기술들 중의 하나인 레이저 초음파 응용 기술은 각종 구조물에 존재하는 표면결함에 의한 신호를 통해 건전성을 평가하는 기법이다. 따라서 결함의 신뢰성 높은 정량적 평가를 위해서는 결함으로부터의 레이저 초음파 신호특성에 대한 기본적 이해가 필수적이며 따라서 이를 위한 신호해석 연구가 요구된다. 본 연구에서는 레이저유도 초음파에 의한 one-sided 기법을 이용하여 표면균열을 평가하고자 하였다. 하지만 레이저를 이용한 평가방법들은 수신된 신호의 해석이 까다로우며 또한 상당한 전문적인 지식이 요구된다. 웨이블렛 변환(wavelet transform, WT) 기법은 신호처리 분야에서 하나의 새로운 방법으로서 다양한 분야에 적용되고 있으며 특히 한 시점에 대한 주파수 분해가 가능한 신호처리 방법으로서 시간-주파수 분석에 아주 유용하게 이용되고 있다. 본 연구에서는 이러한 레이저 유도 초음파를 이용하여 재료의 표면 결함신호들에 대한 웨이블렛 변환기법을 적용하여 보다 정량적인 결함 크기를 예측하고 그 타당성을 평가하고자 하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제19권3호
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• pp.104-112
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• 2015

본 논문에서는 비접촉 표면파 측정을 이용하여 콘크리트 슬래브에 발생한 표면균열의 깊이를 측정하기 위한 비파괴 검사법을 연구하였다. 이를 위하여 표면파 측정, 해석 및 균열 깊이 평가의 과정을 포함한 새로운 측정모델을 제안하였다. 먼저, 3차원 유한요소해석 모델을 이용하여 표면파의 에너지와 콘크리트 균열의 깊이의 상관관계를 표현하는 표면파 전달함수를 구하였다. 제안된 측정모델은 실험을 통하여 증명하였다. 한 쌍의 비접촉 센서를 이용하여 깊이 0~100mm의 10개의 표면균열을 포함한 콘크리트 슬래브 ($1500{\times}1500{\times}180mm^3$)을 통과하여 전달되는 표면파를 측정하였다. 측정모델은 콘크리트 균열 깊이에 대하여 약 최대 10%의 오차를 보이며 실제 깊이를 예측하는 것으로 나타났다. 비접촉 표면파 측정을 통하여 얻은 결과는 기존의 TOFD에 바탕을 둔 초음파법에서 얻은 결과보다 향상된 정확도를 보이는 것으로 나타났다. 특히 비접촉 센서의 특성상 매우 향상된 측정 속도 및 측정값의 일관성을 얻을 수 있었다. 본 연구에서는 모델의 실제구조물에 적용성에 관한 토의를 포함하고 있다.

• 비파괴검사학회지
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• 제26권2호
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• pp.84-89
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• 2006

레이저 초음파 검사 장치는 레이저빔을 이용하여 초음파 신호를 발생시키고 측정하는 비접촉식 결함 검사 장치이다. 이 장치는 펄스 레이저빔을 이용하여 광대역 주파수 범위를 갖는 초음파 신호를 발생시키고 작은 점으로 집속된 측정용 레이저빔을 이용하여 초음파 신호를 측정하므로 우수한 측정 분해능을 제공한다. 본 논문에서는 레이저 초음파의 표면파를 이용하여 표면 결함의 깊이를 측정하는 기법에 대한 연구를 수행하였다. 표면 결함은 깊이가 깊어질수록 차단 주파수 값이 작아지는 저주파 통과 필터 역할을 한다. 그리고 결함을 통과한 초음파 신호의 중심 주파수 값은 결함의 깊이에 따라 반비례적으로 작아진다. 본 논문에서는 표면 결함의 정규화 된 전달함수를 구한 다음 주파수 감쇠 성분을 이용하여 표면 결함의 깊이 정보를 추출하였고 표면 결함을 통과한 레이저 초음파 신호의 중심 주파수 값을 이용하여 결함의 릴이 정보를 추출하였다. 제안된 표면 결함 깊이 측정 방법은 초음파의 진폭 변화에 의한 결함 깊이 측정법보다 더욱 정밀한 정보를 제공하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제24권3호
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• pp.259-267
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• 2004

탄성매질에서 레이저 여기에 의한 열탄성 영역에서의 초음파 발생 현상과 표면 균열과의 상호작용을 유한요소법으로 모델링하였다. 반무한 탄성체 표면에 집속된 레이저 선원을 전단 쌍극자(shear dipole)로 모델링하고, 2차원 평면 변형율 유한요소법을 사용하였다. 발생된 표면파의 변위와 종파 및 횡파의 지향성을 관찰함으로써 전단 쌍극자-유한요소 모델의 타당성을 조사하였다. 표면파와 균열(기계가공된 2차원 홈)과의 상호작용을 관찰하기 위하여 2가지 경우를 고려하였다 먼저 레이저 소스와 수신 위치가 균열에 대하여 모두 고정되어 있는 경우, 다음으로 수신자가 고정되어 있고 소스가 시험체 표면 위를 이동하는 주사형의 경우이다. 첫 번째 경우에 균열 깊이 $0.3-5.0mm ({\lambda}_R/d=0.21{\sim}3.45)$에 대하여 균열 상단과 하단에서 각각 반사된 파의 변위로부터 균열깊이를 측정할 수 있음을 보였고, 두 번째 경우에 레이저 소스가 결함 위를 주사할 때 발생하는 반사파의 큰 진폭 변화를 통하여 파장보다 한 차원 낮은 깊이의 균열을 탐지할 수 있음을 보였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제22권6호
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• pp.627-636
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• 2002

Identification and sizing of surface breaking vertical cracks using angle beam ultrasonic testing in practical situation quite often become very difficult tasks due to the presence of non-relevant signals caused by geometric reflectors. The present work introduces effective and systematic approaches to take care of such a difficulty by use oi angle beam ultrasonic testing models that can predict the expected signals from various targets very accurately. Specifically, the model-based TIFD (Technique for Identification of Flaw signals using Deconvolution) is Proposed for the identification of the crack tip signals from the non-relevant geometric reflection signals. In addition, the model-based Size-Amplitude Curve is introduced for the reliable sizing of surface breaking vertical cracks.