The time-reversal method is employed to improve the ability of pipeline defect detection, and a new approach of identifying the pipeline defect depth is proposed in this research. When the L(0,2) mode ultrasonic guided wave excited through a lead zirconate titinate (PZT) transduce array propagates along the pipeline with a defect, it will interact with the defect and be partially converted to flexural F(n, m) modes and longitudinal L(0,1) mode. Using a receiving PZT array attached axisymmetrically around the pipeline, the L(0,2) reflection signal as well as the mode conversion signals at the defect are obtained. An appropriate rectangle window is used to intercept the L(0,2) reflection signal and the mode conversion signals from the obtained direct detection signals. The intercepted signals are time reversed and re-excited in the pipeline again, result in the guided wave energy focusing on the pipeline defect, the L(0,2) reflection and the L(0,1) mode conversion signals being enhanced to a higher level, especially for the small defect in the early crack stage. Besides the L(0,2) reflection signal, the L(0,1) mode conversion signal also contains useful pipeline defect information. It is possible to identify the pipeline defect depth by monitoring the variation trend of L(0,2) and L(0,1) reflection coefficients. The finite element method (FEM) simulation and experiment results are given in the paper, the enhancement of pipeline defect reflection signals by time-reversal method is obvious, and the way to identify pipeline defect depth is demonstrated to be effective.
Vivar-Perez, Juan M.;Duczek, Sascha;Gabbert, Ulrich
Smart Structures and Systems
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v.13
no.4
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pp.587-614
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2014
In recent years the interest in online monitoring of lightweight structures with ultrasonic guided waves is steadily growing. Especially the aircraft industry is a driving force in the development of structural health monitoring (SHM) systems. In order to optimally design SHM systems powerful and efficient numerical simulation tools to predict the behaviour of ultrasonic elastic waves in thin-walled structures are required. It has been shown that in real industrial applications, such as airplane wings or fuselages, conventional linear and quadratic pure displacement finite elements commonly used to model ultrasonic elastic waves quickly reach their limits. The required mesh density, to obtain good quality solutions, results in enormous computational costs when solving the wave propagation problem in the time domain. To resolve this problem different possibilities are available. Analytical methods and higher order finite element method approaches (HO-FEM), like p-FEM, spectral elements, spectral analysis and isogeometric analysis, are among them. Although analytical approaches offer fast and accurate results, they are limited to rather simple geometries. On the other hand, the application of higher order finite element schemes is a computationally demanding task. The drawbacks of both methods can be circumvented if regions of complex geometry are modelled using a HO-FEM approach while the response of the remaining structure is computed utilizing an analytical approach. The objective of the paper is to present an efficient method to couple different HO-FEM schemes with an analytical description of an undisturbed region. Using this hybrid formulation the numerical effort can be drastically reduced. The functionality of the proposed scheme is demonstrated by studying the propagation of ultrasonic guided waves in plates, excited by a piezoelectric patch actuator. The actuator is modelled utilizing higher order coupled field finite elements, whereas the homogenous, isotropic plate is described analytically. The results of this "semi-analytical" approach highlight the opportunities to reduce the numerical effort if closed-form solutions are partially available.
Kim, Miso;Cho, Seung Hyun;Jang, Gang-Won;Lee, Seung-Seok;Park, Ik-Keun
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.34
no.3
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pp.233-240
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2014
In this study, we investigated the dispersion characteristics of guided waves in thin films. Dispersion curves are essential for understanding not only the behavior of ultrasonic waves, but also the mechanical properties of thin films. Matrix techniques are presented for modeling ultrasonic waves in multilayered structures before being used to calculate the dispersion curves for Al-steel and Al-composite specimens. When compared with the dispersion curves obtained using the commercial program (Disperse), the dispersion curves generated from the transfer matrix method show its validity. These developed methods are used to obtain dispersion curves for Al thin films deposited on a Si substrate. The resulting dispersion curves enable observation of both dispersive and non-dispersive behavior for the guided waves, depending on the thickness of the thin films.
Composite lattice structures are tried to be used in various fields because of its benefit in physical properties. With increase of demand of the composite lattice structure, nondestructive testing technology is also required to certificate the quality of the manufactured structures. Recently, research on the development of the composite lattice structure in Republic of Korea was started and accordingly, fast and accurate non-destructive evaluation technology was needed to finalize the manufacturing process. This paper studied non-destructive testing methods for composite lattice structure using laser ultrasonic propagation imaging systems. Pulse-echo ultrasonic propagation imaging system was able to inspect a rib structure wrapped with a skin structure. To reduce the time of inspection, a band divider, which can get signal in different frequency bands at once, was developed. Its performance was proved in an aluminum sandwich panel. In addition, to increase a quality of results, curvature compensating algorithm was developed. On the other hand, guided wave ultrasonic propagation imaging system was applied to inspect delamination in a rib structure. To increase an area of inspection, multi-source ultrasonic wave propagation image was applied, and defects were successfully highlighted with variable time window amplitude mapping algorithm. These imply that ultrasonic propagation imaging systems provides fast and accurate non-destructive testing results for composite lattice structure in a stage of the manufacturing process.
In this paper, a non-contact method of evaluating the thickness reduction in an aluminum sheet caused by corrosion and friction using SH-EMAT (shear horizontal, electromagnetic acoustic transducer) is described. Since this method is based on the measurement of the time-of-flight and amplitude change of guided waves caused from the thickness reduction, it provides information on the thinning defects. Information was obtained on the changes of the various wave features, such as their time-of-flight and amplitude, and their correlations with the thickness reduction were investigated. The interesting features in the dispersive behavior of selected guided modes were used for the detection of thinning defects. The measurements of these features using SH waves were performed on aluminum specimens with regions thinned by 7.2% to 29.5% of the total thickness. It is shown that the time-of-flight measurement provides an estimation of the thickness reduction and length of the thinning defects.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.29
no.2
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pp.93-97
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2009
An advantage of a magnetostrictive strip transducer for a long-range guided wave inspection is that the wave patterns are relatively clear and simple when compared to a conventional piezoelectric ultrasonic transducer. Therefore, if we can characterize the evolution of defect signals, it could be a promising tool for a structural health monitoring of pipes for a long period of time as well as an identification of flaws. However, when evaluating a signal during a realistic field examination, it should be careful because of some spurious signals or false indications, such as signals due to a directionality, multiple reflections, mode conversion, geometrical reflections etc. Mode converted signals from a realistic piping mockup were acquired and analysed. We found mode conversions between a torsional guided wave T(0,1) mode and a flexural F(1,3) or longitudinal L(0,2) mode generated by a magnetostrictive strip transducer. Based on the experimental observations, an interpretation of the source of the mode conversion is discussed in a viewpoint of electromagnetic properties and structure of the strip transducer.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.12
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pp.1511-1519
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2012
Pipe structures contain many welded zones, and ultrasonic tests are increasingly being performed by using automated testing devices in order to evaluate the weld integrity. An electromagnetic acoustic transducer (EMAT) is a noncontact transducer that can transmit or receive ultrasonic waves without a couplant. Furthermore, it can easily generate specific guided waves such as SH (shear horizontal) or Lamb waves by altering the design of the coil and magnet. Therefore, an EMAT should be useful for application to an automated ultrasonic inspection system. In this study, SH waves generated using an EMAT were applied to inspect the pipe-weld zone. To analyze the specific SH mode (SH0) from the SH wave signals, wavelet transform was applied. It was found that flaws could be detected precisely because the intensity of the $SH_0$ mode-frequency, which is analyzed by using wavelet transform, is proportional to the length of the flaw.
Kim, Hyun-Mook;Kim, Hong-Jun;Jhang, Kyung-Young;Lee, Jun-Hyun
Proceedings of the KSME Conference
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2003.04a
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pp.851-856
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2003
This paper proposes a single-mode Lamb-wave generation and detection system using a pulsed laser as a generator and an air-coupled transducer combined with the wavelet transform analysis, as the detector. The laser source with arrayed linear slits was used to generate Lamb-wave which is able to control the wavelength of Lamb-wave to be generated by changing the slits separation. An ari-coupled transducer was used to receive Lamb-wave, which can selectably receive a single mode of leaky Lamb wave by changing the oblique angle of transducer, since the leaky Lamb-wave has unique leaky-angle according to the mode. Also, the received signal was processed by wavelet transform for the analysis in domain of time-frequency. The theoretical dipersion curve and the experimetal result was compared to show good agreement.
The ultrasonic sensor used in autonomous mobile robot and autonomous guided vehicle(A.G.V.) is not available for long range measurement. And as the performance of autonomous mobile robot and A.G.V. improves, the importance of the range sensor for long range measurement is increasing. In this paper, we introduce the range sensor for long range measurement using milimeter wave sensor and propose the structure of that system.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.30
no.6
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pp.548-557
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2010
An ultrasonic resonance scattering spectroscopy technique is developed and applied for reconstructing elastic constants of a transversely isotropic cylindrical component. Immersion ultrasonic measurements are performed on tube samples made from a boron/aluminum composite material to obtain resonance frequencies and dispersion curves of different guided wave modes propagating in the tube. Theoretical analysis on the acoustic resonance scattering from a transversely isotropic cylindrical tube is also performed, from which complete backscattering and resonance scattering spectra and theoretical dispersion curves are calculated. A sensitive change of the dispersion curves to the elastic properties of the composite tube is observed for both normal and oblique incidences; this is exploited for a systematic evaluation of damage and elastic constants of the composite tube samples. The elastic constants of two boron/aluminum composite tube samples manufactured under different conditions are reconstructed through an optimization procedure in which the residual between the experimental and theoretical phase velocities (dispersion curves) is minimized.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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