Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.36
no.2
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pp.138-148
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2016
Measurement of elastic constants is crucial for engineering aspects of predicting the behavior of materials under load as well as structural health monitoring of material degradation. Ultrasonic velocity measurement for material properties has been broadly used as a nondestructive evaluation method for material characterization. In particular, pulse-echo method has been extensively utilized as it is not only simple but also effective when only one side of the inspected objects is accessible. However, the conventional technique in this approach measures longitudinal and shear waves individually to obtain their velocities. This produces a set of two data for each measurement. This paper proposes a simultaneous sensing system of longitudinal waves and shear waves for elastic constant measurement. The proposed system senses both these waves simultaneously as a single overlapped signal, which is then analyzed to calculate both the ultrasonic velocities for obtaining elastic constants. Therefore, this system requires just half the number of data to obtain elastic constants compared to the conventional individual measurement. The results of the proposed simultaneous measurement had smaller standard deviations than those in the individual measurement. These results validate that the proposed approach improves the efficiency and reliability of ultrasonic elastic constant measurement by reducing the complexity of the measurement system, its operating procedures, and the number of data.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.23
no.6
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pp.583-593
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2003
The effect of liquid confined in a pipe on elastic waves propagating in the pipe wall was studied theoretically and experimentally. The axisymmetric motion of the wave was modeled with the cylindrical membrane shell theory. The liquid pressure satisfying the axisymmetric wave equation was included in the governing equation as a radial load. The phase speed of the wave propagating in the axial direction was calculated, accounting for the apparent mass of the liquid. Experiments were performed in a pipe equipped with ring-shaped, piezoelectric transducers that were used for transmitting and receiving axisymmetric elastic waves in the pipe wall. The measured wave speeds were compared with the analytical ones. This work demonstrates the feasibility of using pipe waves for the determination of the density and, eventually, the flow rate of the liquid in a pipe.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.9
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pp.863-875
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2010
The vibration of a cylindrical shell is generated due to elastic waves propagating on the shell. Those elastic waves include propagating waves such as flexural, longitudinal and shear waves. Those also include non-propagating decaying waves, i.e. evanescent waves. In order to separate contributions of each type of waves to the data for the vibration of the cylindrical shell, spatial signal processing techniques for wavenumber analysis are investigated in this paper. Those techniques include Fast Fourier transform(FFT) algorithm, Extended Prony method and Overdetermined Modified Extended Prony method(OMEP). Those techniques have been applied to identify the waves from simulated vibration signals with various signal-to-noise ratios. Futhermore, the experimental data for in-plane vibration of the cylindrical shell has been processed with those techniques to identify propagating waves(longitudinal, shear and flexural waves) and evanescent waves.
Propagation of the generalized Rayleigh waves in an elastic half-space covered by an elastic layer for different initial stress combinations and imperfect contact conditions is investigated. Three-dimensional linearized theory of elastic waves in initially stressed bodies in plane-strain state is employed, the corresponding dispersion equation is derived and an algorithm is developed for numerical solution to this equation. Numerical results on the influence of the initial stress patterns and on the influence of the contact conditions are presented and discussed. The case where the external forces are "follower forces" is considered as well. These investigations provide some theoretical foundations for the study of the near-surface waves propagating in layered mechanical systems and can be successfully used for estimation of the degree of the bonded defects between layers, fault characteristics and study of the behavior of seismic surface waves propagating under the bottom of the oceans.
In this paper we investigate the existence of SH-waves in fiber-reinforced layer placed over a heterogeneous elastic half-space. The heterogeneity of the elastic half-space is caused by the exponential variations of density and rigidity. As a special case when both the layers are homogeneous, our derived equation is in agreement with the general equation of Love wave. Numerically, it is observed that the velocity of SH-waves decreases with the increase of heterogeneity and reinforced parameters. The dimensionless phase velocity of SH-waves increases with the decreases of dimensionless wave number and shown through figures.
We examine plane waves of the elastic reduced wave equation in the half-space, and show that linear combinations of them can cover all plane waves on the boundary. The proof is based on the complex analysis for the symbol in the (dual) variable in the normal direction to the boundary.
The changes of parameters of pressure and velocity of propagation of elastic pressure and shear waves in uniformly deformed solid compressible media are studied within the nonclassically linearized approach (NLA) of nonlinear elastodynamics to create a new theoretical basis of the geomechanical interpretation of various groups of geophysical observational and experimental data. The cases of small and large deformations are considered while their describing by various elastic potentials, i.e., problems considering the physical and geometric nonlinearity. Convenient analytical formulae are obtained to calculate the indicated parameters in the deformed isotropic media within the nonclassical linear and nonlinear solution in the NLA. Specific numerical experiments are conducted in case of overall compression of various materials. It is shown that the method (generally accepted in the studies of mechanics of standard constructional materials) of additional linearization (relative to the pressure parameter) in the basic correlations of the NLA introduces substantial quantitative and qualitative errors into the results at significant preliminary deformations. The influences of the physical and geometric nonlinearity on the studied characteristics of the medium are large in various materials and differ qualitatively. The contribution of nonlinear components to the values of the considered parameters prevails over linear components at large deformations. When certain critical values of compression deformations in the medium are achieved, elastic waves with actual velocity cannot propagate in it. The values of the critical deformations for pressure and shear waves differ within different elastic potentials and variants of the theory of initial deformations.
Propagation of the generalized Rayleigh waves in an initially stressed elastic half-space covered by an elastic layer is investigated. It is assumed that the initial stresses are caused by the uniformly distributed normal compressional forces acting on the face surface of the covering layer. Two different cases where the compressional forces are "dead" and "follower" forces are considered. Three-dimensional linearized theory of elastic waves in initially stressed bodies in plane-strain state is employed and the elasticity relations of the materials of the constituents are described through the Murnaghan potential where the influence of the third order elastic constants is taken into consideration. The dispersion equation is derived and an algorithm is developed for numerical solution to this equation. Numerical results for the dispersion of the generalized Rayleigh waves on the influence of the initial stresses and on the influence of the character of the external compressional forces are presented and discussed. These investigations provide some theoretical foundations for study of the near-surface waves propagating in layered mechanical systems with a liquid upper layer, study of the structure of the soil of the bottom of the oceans or of the seas and study of the behavior of seismic surface waves propagating under the bottom of the oceans.
The paper deals with the study of the dispersion of quasi-Lamb waves in a hydro-elastic system consisting of an elastic plate, barotropic compressible inviscid fluid, and rigid wall. The motion of the plate is described using the exact equations of elastodynamics, however, the flow of the fluid using the linearized equations and relations of the Navier-Stokes equations. The corresponding dispersion equation is obtained and this equation is solved numerically, as a result of which the corresponding dispersion curves are constructed. The main attention is focused on the effect of the presence of the fluid and the effect of the fluid layer thickness (i.e., the fluid depth) on the dispersion curves. The influence of the problem parameters on the dispersion curves related to the quasi-Scholte wave is also considered. As a result of the analyses of the numerical results, concrete conclusions are made about the influence of the fluid depth, the rigid wall restriction on the fluid motion, and the material properties of the constituents on the dispersion curves. During the analyses, the zeroth and the first four modes of the propagating waves are considered.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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