The governing equations of wave propagation in one dimension of elastic continuum materials are investigated by taking the influence of the initial stress into account. After a short review of the theory of elastic wave propagation in a rock mass with an initial stress, results indicate that the initial stress differentially influences P-wave and S-wave propagation. For example, when the initial stress is homogeneous, for the P-wave, the initial stress only affects the magnitude of the elastic coefficients, but for the S-wave, the initial stress not only influences the elastic coefficients but also changes the governing equation of wave propagation. In addition, the P-wave and S-wave velocities were measured for granite samples at a low initial stress state; the results indicate that the seismic velocities increase with the initial stress. The analysis of the previous data of seismic velocities and elastic coefficients in rocks under ultra-high hydrostatic initial stress are also investigated.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2005.03a
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pp.515-520
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2005
The behavior of jointed rock mass is much different from that of intact rock due to the presence of joints. Similarly, the characteristics of elastic wave propagation in jointed rock are considerably different from those of intact rock. The propagation of elastic waves in jointed rock is greatly dependent on the state of stress. The roughness, filling materials, and spacing of joints also affect wave propagation in jointed rock. If the wavelength of elastic waves is much larger than the spacing between joints, wave propagation in jointed rock mass can be considered as wave propagation in equivalent continuum. A rock resonant column testing apparatus is made to measure elastic waves propagating through jointed rock in the state of equivalent continuum. Three types of wave, i.e, torsional, longitudinal and flexural waves are monitored during rock resonant column tests. Various roughness and filling materials are applied to joints, and rock columns with various spacings are used to understand how these factors affect wave propagation under a small strain condition. The experimental results suggest that the characteristics of wave propagation in jointed rock mass are governed by the state of stress and influenced by roughness, filling materials and joint spacings.
For many years, the compressive strength of concrete has been regarded as an important index in determining concrete pavement quality. The compressive strength of the sample cores from the field has been used as quality index of concrete pavement. However, this process is time consuming and requires a lot of labor. Recently, the M-E Design Methodology in the pavement design based on the elastic modulus has been adopted. Therefore, several NDT methodologies have been adopted for QA/QC in the field and for the pavement design. Among various NDT methods, the wave propagation method can be used to measure the elastic modulus of concrete because the wave velocity is directly related to the elastic modulus. Therefore, in this study the wave propagation method was used for estimating the concrete modulus. The relationship between the compressive strength measured in he laboratory and the elastic modulus measured by the wave propagation method was analyzed, and the compressive strength was estimated from the elastic modulus for various mix types. The results showed that the relationship between the elastic modulus and the compressive strength was observed and the relationship varied depending on the aggregate types.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.17
no.4
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pp.227-236
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1997
Quantitative analysis and imaging of elastic wave propagation are very important for the materials evaluation as well as flaw detection. The elastic wave propagation in an anisotropic media is more complex, and analysis and imaging become essential for flaw detection and materials evaluation. In the anisotropic media, the wave velocity is dependent on the propagation direction. In addition, the direction of group velocity is different from that of phase velocity, the direction of energy flow is not same as the propagation direction of wavefront (beam skewing effect). Especially, this effect becomes critical for the large anisotropic media such as fiber composite materials, and the results using elastic waves for those materials have to be analyzed considering the wave propagation mechanism. Since the analytical approach for the wave propagation in the anisotropic materials is limited, the numerical analysis such as finite difference method (FDM) have been used for these case. Therefore, 2-dimensional FDM program for the elastic wave propagation is developed, and wave propagation in anisotropic media are simulated.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.10a
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pp.81-88
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2000
The elastic wave equation is solved using the finite-difference method in 3D space to simulate the seismic wave propagation. It is based on the velocity-stress formulation of the equation of motion on a staggered grid. The nonreflecting boundary conditions are used to attenuate the wave field close to the numerical boundary. To satisfy the stress-free conditions at the free-surface boundary, a new formulation combining the zero-stress formalism with the vacuum one is applied. The effective media parameters are employed to satisfy the traction continuity condition across the media interface. With use of the moment-tensor components, the wide range of source mechanism parameters can be specified. The numerical experiments are carried out in order to test the applicability and accuracy of this scheme and to understand the fundamental features of the wave propagation under the generalized elastic media structure. Computational results show that the scheme is sufficiently accurate for modeling wave propagation in 3D elastic media and generates all the possible phases appropriately in under the given heterogeneous velocity structure. Also the characteristics of the ground motion in an sedimentary basin such as the amplification, trapping, and focusing of the elastic wave energy are well represented. These results demonstrate the use of this simulation method will be helpful for modeling the ground motion of seismological and engineering purpose like earthquake hazard assessment, seismic design, city planning, and etc..
In this paper, the wave propagation in a generalized thermo elastic plate embedded in an elastic medium (Winkler model) is studied based on the Lord-Schulman (LS) and Green-Lindsay (GL) generalized two dimensional theory of thermo elasticity. Two displacement potential functions are introduced to uncouple the equations of motion. The frequency equations that include the interaction between the plate and foundation are obtained by the traction free boundary conditions using the Bessel function solutions. The numerical calculations are carried out for the material Zinc and the computed non-dimensional frequency and attenuation coefficient are plotted as the dispersion curves for the plate with thermally insulated and isothermal boundaries. The wave characteristics are found to be more stable and realistic in the presence of thermal relaxation times and the foundation parameter. A comparison of the results for the case with no thermal effects shows well agreement with those by the membrane theory.
In this article, wave propagation characteristics in magneto-electro-elastic (MEE) nanotube considering shell model is studied in the framework nonlocal theory. To account for the small-scale effects, the Eringen's nonlocal elasticity theory of is applied. Nonlocal governing equations of MEE nanotube have been derived utilizing Hamilton's principle. The results of this investigation have been accredited by comparing them of previous studies. An analytical solution of governing equations is used to obtain phase velocities and wave frequencies. The influences of different parameters, such as different mode, nonlocal parameter, length parameter, geometry, magnetic field and electric field on wave propagation responses of MEE nanotube are expressed in detail.
The present paper is devoted to study SH-wave propagation in heterogeneous layer laying over an inhomogeneous isotropic elastic half-space. The dispersion relation for propagation of said waves is derived with Green's function method and Fourier transform. As a special case when the upper layer and lower half-space are homogeneous, our derived equation is in agreement with the general equation of Love wave. Numerically, it is observed that the velocity of SH-wave increases with the increase of inhomogeneity parameter.
Non-destructive exploration using elastic waves has been widely used to characterize rock mass properties. Wave propagation in jointed rock masses is significantly governed by the characteristics and orientation of discontinuities. The relationship between spatial heterogeneity (i.e., joint spacing) and wavelength for elastic waves propagating through jointed rock masses have been investigated previously. Discontinuous rock masses can be considered as an equivalent continuum material when the wavelength of the propagating elastic wave exceeds the spatial heterogeneity. However, it is unclear how stress-dependent long-wavelength elastic waves propagate through a repetitive rock-joint system with multiple joints. A preliminary numerical simulation was performed in in this study to investigate long-wavelength elastic wave propagation in regularly jointed rock masses using the three-dimensional distinct element code program. First, experimental studies using the quasi-static resonant column (QSRC) testing device are performed on regularly jointed disc column specimens for three different materials (acetal, aluminum, and gneiss). The P- and S-wave velocities of the specimens are obtained under various normal stress levels. The normal and shear joint stiffness are calculated from the experimental results using an equivalent continuum model and used as input parameters for numerical analysis. The spatial and temporal sizes are carefully selected to guarantee a stable numerical simulation. Based on the calibrated jointed rock model, the numerical and experimental results are compared.
The paper involves the study on the elastic and elasto-plastic stress wave propagation in the 1-D and 2-D solid media. The Smooth Particle Hydrodynamics equations governing the elastic and elasto-plastic large deformation dynamic response of solid structures are presented. The proposed additional stress points are introduced in the formulation to mitigate the tensile instability inherent in the SPH approach. Both incremental rate approach and leap-frog algorithm for time integration are introduced and the new solution algorithm is developed and implemented. Two examples on stress wave propagation in aluminium bar and 2-D elasto-plastic steel plate are included. Results from the proposed SPH approach are compared with available analytical values and finite element solutions. The comparison illustrates that the stress wave propagation problems can be effectively solved by the proposed SPH method. The study shows that the SPH simulation is a reliable and robust tool and can be used with confidence to treat transient dynamics such as linear and non-linear transient stress wave propagation problems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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