• 비파괴검사학회지
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• 제28권1호
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• pp.59-63
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• 2008

Time reversal (TR) of nondispersive body waves has been used in many applications including ultrasonic NDE. However, the study of the TR method for Lamb waves on thin structures is not well established. In this paper, the full reconstruction of the input signal is investigated for dispersive Lamb waves by introducing a time reversal operator based on the Mindlin plate theory. A broadband and a narrowband input waveform are employed to reconstruct the $A_0$ mode of Lamb wave propagations. Due to the frequency dependence of the TR process of Lamb waves, different frequency components of the broadband excitation are scaled differently during the time reversal process and the original input signal cannot be fully restored. This is the primary reason for using a narrowband excitation to enhance the flaw detectability.

• 비파괴검사학회지
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• 제20권2호
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• pp.138-149
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• 2000

본 논문에서는 유한 고체내 초음파 전파 및 산란 현상의 해석을 위한 다양한 경계요소 모델링 기법이 제시되었다. 박판 재료내 유도초음파 전파에 대한 모드해석을 위해 비균질 적충 박판 구조물에 대한 탄성동역학 경계치 문제가 설정되었으며 이에 대한 수치해로부터 유도초음파의 전파특성을 나타내는 분산곡선이 얻어졌다. 파동 산란시 발생되는 기하학적 복잡성과 모드변환 문제를 수치적으로 모델링하기 위해 탄성 동역학 경계요소법을 적용하였고 이를 박판내 유도초음파의 이론적 직교 모드의 중첩해와 결합시킨 혼합형 경계요소법으로 확장하여 유한 고체내 다중 모드변환의 효율적 모델링법이 제안되었다. 주파수 영역의 수치해로부터 시간 의존 문제의 파동신호 예측을 위해 역 푸리에(Fourier) 변환을 통한 시간 영역 파동산란 신호가 얻어졌다. 이와 함께 실제 초음파 탐상조건에 보다 가까운 파동산란 문제의 모델링을 위해 3차원 경계요소법을 소개하고, 개발중인 3차원 경계요소 프로그램을 이용하여 유한 직경을 갖는 봉재내의 파동 전파를 수치적으로 해석하여 해석해와 비교 검증하였다. 본 논문에서 제시된 탄성파동 모델링 기법은 정량적 비파괴 평가법을 확립하는데 다양하게 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 비파괴검사학회지
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• 제33권3호
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• pp.264-269
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• 2013

Since MFC(macro-fiber composite) transducer has been developed, many researchers have tried to apply this transducer on SHM(structural health monitoring), because it is so flexible and durable that it can be easily embedded to various kinds of structures. The objective of this paper is to figure out the benefits and feasibility of applying MFC transducers to guided wave technique. For this, we have experimentally tested the performance of MFC patches as transmitter and sensors for excitation and reception of guided waves on the thin aluminum alloy plate. In order to enhance the signal accuracy, we applied the FIR filter for noise reduction as well as used STFT(short-time Fourier transform) algorithm to image the guided wave characteristics clearly. From the results, the guided wave generated based on MFC showed good agreement with its theoretical dispersion curves. Moreover, the ultrasonic Lamb wave techniques based on MFC patches in pitch-catch manner was tested for detection of surface notch defects of which depths are 10%, 20%, 30% and 40% of the aluminum plate thickness. Results showed that the notch was detectable well when the notch depth was 10% of the thickness or greater.

• Smart Structures and Systems
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• 제31권1호
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• pp.13-27
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• 2023

Fatigue crack is a fatal problem for steel structures. Early detection and maintenance can help extend the service life and prevent hazards. This paper presents the ultrasonic guided waves-based (UGWs-based) fatigue crack detection of a steel I-beam. The semi-analytical finite element model has been built to obtain the wave propagation characteristics. Damage indices in both time and frequency domains were analyzed by considering the characteristic variations of UGWs including the amplitude, phase angle, and wave packet energy. The pulse-echo and pitch-catch methods were combined in the detection scheme. Lab-scale experiments were conducted on welded steel I-beams to verify the proposed method. Results show that the damage indices based on the characteristic variations in the time domain can identify and localize the fatigue crack before it enters the rapid growth stage. The damage severity can be reasonably evaluated by analyzing the time-domain damage indices. Two nonlinear damage indices in the frequency domain give earlier warnings of the fatigue crack than the time-domain damage indices do. The identification results based on the above two nonlinear indices are found to be less consistent under various excitation frequencies. More robust nonlinear techniques needed to be searched and tested for early crack detection in steel I-beams in further study.

• 비파괴검사학회지
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• 제29권6호
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• pp.570-578
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• 2009

Excitation and propagation of guided waves are very complex problems in pipes due to their dispersive nature. Pipes are commonly used in the oil, chemical or nuclear industry and hence must be inspected regularly to ensure continued safe operation. The normal mode expansion(NME) method is given for the amplitude with which any propagating waveguide mode is generated in the pipes by applied surface tractions. Numerical results are calculated based on the NME method using different sources, i.e., non-axisymmetric partial loading and quasi-axisymmetric loading sources. The sum of amplitude coefficients for 0~nineth order of the harmonic modes are calculated based on the NME method and the dispersion curves in pipes. The superimposed total field which is namely the angular profile, varies with propagating distance and circumferential angle. This angular profile of guided waves provides information for setting the transducer position to find defects in pipes.

• 한국방사선학회논문지
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• 제6권5호
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• pp.351-356
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• 2012

초음파 캐비테이션 현상이란 강한 초음파 조사 조건에서 매질(주로 유체) 내에서 미세기포를 발생시키고, 천이시키는 물리적 현상을 의미한다. 본 연구에서는 초음파 캐비테이션 발생량의 정량적 평가를 위하여 초음파 조사조건에 따른 기포군의 초음파 음향 특성변화를 관찰하였다. 중심 주파수가 500 kHz. 1.1 MHz인 곡면형 단일 초음파 변환기를 이용하여 캐비테이션 현상을 발생시켰으며, 형성되는 기포군을 가로지르는 2.25 MHz 간섭 초음파를 송/수신하여 분석하였다. 본 연구에서는 캐비테이션 발생량 평가를 위한 파라미터로 투과하는 파의 중심주파수 변화 및 감쇠 특성, 전파시간을 제시하였으며, 캐비테이션 발생 조건(조사 강도 및 여기 신호, 중심주파수)에 따른 변화를 관찰하였다. 획득된 간섭 초음파 수신신호를 분석한 결과, 중심 주파수의 변화의 경우 상관계수는 낮지만 조사 강도에 따른 상관관계를 확인할 수 있었으며, 특정 조사 조건에서 주목할 만한 급격한 중심 주파수 변화가 관찰되었다. 조사조건에 따른 간섭 초음파의 감쇠 추세는 모든 조건에서 높은 상관관계를 보였으며, 캐비테이션 발생형태에 영향을 받지 않는 것으로 확인되었다. 조사조건에 따른 전파 시간의 변화는 관찰되지 않았다. 차후 다양한 조사조건에 대한 평가를 통하여 보다 정량적인 캐비테이션 발생량 평가가 가능할 것으로 판단되며, 이러한 정량적 평가는 고강도 초음파 치료에서 발생할 수 있는 현상에 대한 기초 연구로서 활용 가능할 것으로 사료된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제41권5호
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• pp.401-407
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• 2017

본 연구에서는 레이저 스캐닝 및 단일 주파수 정상파 가진과 파수 분석을 통해 구조물의 손상을 탐지하는 기법을 개발하였다. 구조물에 부착된 압전소자를 통해 단일 주파수로 가진하고, 이때 발생한 구조물의 정상상태 응답을 레이저 도플러 속도계와 거울 방향조절 장치를 통해 측정하였다. 구조물의 결함을 탐지하기 위해 정상상태 응답에서 파수 필터링을 이용한 손상 탐지 기법을 개발 및 적용하였다. 부식결함이 발생한 알루미늄 평판과 층간 분리가 발생한 복합재료 구조물에 대한 손상 탐지를 수행하여 손상의 위치와 크기를 정확히 파악할 수 있었다.

• Smart Structures and Systems
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• 제1권2호
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• pp.185-215
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• 2005

Advanced signal processing techniques have been long introduced and widely used in structural health monitoring (SHM) and nondestructive evaluation (NDE). In our research, we applied several signal processing approaches for our embedded ultrasonic structural radar (EUSR) system to obtain improved damage detection results. The EUSR algorithm was developed to detect defects within a large area of a thin-plate specimen using a piezoelectric wafer active sensor (PWAS) array. In the EUSR, the discrete wavelet transform (DWT) was first applied for signal de-noising. Secondly, after constructing the EUSR data, the short-time Fourier transform (STFT) and continuous wavelet transform (CWT) were used for the time-frequency analysis. Then the results were compared thereafter. We eventually chose continuous wavelet transform to filter out from the original signal the component with the excitation signal's frequency. Third, cross correlation method and Hilbert transform were applied to A-scan signals to extract the time of flight (TOF) of the wave packets from the crack. Finally, the Hilbert transform was again applied to the EUSR data to extract the envelopes for final inspection result visualization. The EUSR system was implemented in LabVIEW. Several laboratory experiments have been conducted and have verified that, with the advanced signal processing approaches, the EUSR has enhanced damage detection ability.

• 비파괴검사학회지
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• 제24권1호
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• pp.15-21
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• 2004

EMAT(electromagnetic-acoustic transducer)는 비접촉식 초음파 탐촉자이므로 초음파의 송수신을 위하여 접촉매질이 필요하지 않기 때문에 탐촉자를 시험 대상체의 표면을 따라 움직이면서 결함 검출이 가능하며, 코일의 설계와 배열에 따라 표면파와 판파 등 원하는 모드의 유도초음파를 손쉽게 송수신할 수 있기 때문에 두께가 얇은 배관의 탐상에 알맞는 초음파 탐촉자이다. 본 논문에서는 표면초음파 발생을 위한 EMAT와 $A_1$ 모드의 판파, $S_1$ 모드의 판파를 선택적으로 발생시키기 위한 EMAT를 설계 제작하였다. 1.5MHz의 표면초음파는 분산이 없어서 신호 왜곡 없이 높은 신호 대 잡음비로 배관을 진햄함을 보였다. 반면에 800kHz의 $S_1$ 모드의 판파와 940 KHz의 A1 모드의 판파는 분산 특성이 있어서 배관을 따라 진행하면서 신호 왜곡이 생김을 확인할 수 있었으며, EMAT에 공급하는 펄스의 폭을 넓히면 판파의 모드 선택성이 향상되었다. 내경 256mm, 두께 5.5mm인 강관에 가공된 인공결함에 대한 각 모드의 결함 검출능을 서로 비교하였다.

• 한국융합학회논문지
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• 제9권6호
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• pp.175-182
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• 2018

본 연구에서는 초음파 진동에너지가 융합된 커팅기용 공구 혼 제작에 대한 기초 연구 자료를 제작하고자 이론적방법과 유한요소해석을 병행하여 설계하였다. 고 성능의 초음파 절단을 진행하기 위해서는 횡진동이 아닌 종진동으로만 진동해야 하며, 기계적 진동에너지를 효율적으로 전달하기 위해 출력부에 최대진폭이 발생해야 한다. 따라서 공구 혼은 발진기의 가진 주파수와 공구 혼의 고유주파수가 동일하게 설계되어야만 한다. 공구 혼을 공진설계하기 위해서는 1차원 파동방정식을 이용한 이론적 접근법과, 유한요소 해석결과를 설계모델에 반영하는 방법이 있는데, 본 연구에서는 최초에 공구 혼의 대략적인 치수를 1차원 파동방정식을 통해 결정하고, 유한요소 해석 결과를 바탕으로 최적 모델을 선정하여 공구 혼의 최종 형상에 반영하였다. 이와 같은 내용을 실제 커팅용 공구 혼의 기초자료로 활용하고자 하며, 추후 제작 및 실험 데이터를 본 연구내용과 비교할 예정이다.