A stator of ultrasonic motor of high torque with a new configuration is proposed. The stator designed newly is two sided vibrator consisting of toothed metal disk with piezoelectric ceramic ring bonded on both face of disk. which generates a flexural traveling wave along the circumference of disk. it produces a large vibrating force and amplitude because the vibrator is sandwiched by two piezoelectric ring. The finite element method was used to compute the vibration mode of the stator with a outer diameter of 48mm. A 6th vibration mode was chosen as operation mode with resonance frequency about 72kHz. According to the design, the prototype stator was fabricated and its performance was measured.
Cast iron pipe has been used as a water distribution technology in North America since the early nineteenth century. The first cast iron pipes were made of grey cast iron which was succeeded by ductile iron as a pipe material in the 1940s. These different iron alloys have significantly different microstructures which give rise to distinct mechanical properties. Insight into the non-destructive structural condition assessment of aging pipes can be advantageous in developing mitigation strategies for pipe failures. This paper examines the relationship between the small-strain and large-strain properties of exhumed cast iron water pipes. Nondestructive and destructive testing programs were performed on eight pipes varying in age from 40 to 130 years. The experimental program included microstructure evaluation and ultrasonic, tensile, and flexural testing. New applications of frequency domain analysis techniques including Fourier and wavelet transforms of ultrasonic pulse velocity measurements are presented. A low correlation between wave propagation and large-strain measurements was observed. However, the wave velocities were consistently different between ductile and grey cast iron pipes (14% to 18% difference); the ductile iron pipes showed the smaller variation in wave velocities. Thus, the variation of elastic properties for ductile iron was not enough to define a linear correlation because all the measurements were practically concentrated in single cluster of points. The cross-sectional areas of the specimens tested varied as a result of minor manufacturing defects and levels of corrosion. These variations affect the large strain testing results; but, surface defects have limited effect on wave velocities and may also contribute to the low correlations observed. Lamb waves are typically not considered in the evaluation of ultrasonic pulse velocity. However, Lamb waves were found to contribute significantly to the frequency content of the ultrasonic signals possibly resulting in the poor correlations observed. Therefore, correlations between wave velocities and large strain properties obtained using specimens manufactured in the laboratory must be used with caution in the condition assessment of aged water pipes especially for grey cast iron pipes.
This study proposes an optics-based active sensing system for continuous monitoring of underground pipelines in nuclear power plants (NPPs). The proposed system generates and measures guided waves using a single laser source and optical cables. First, a tunable laser is used as a common power source for guided wave generation and sensing. This source laser beam is transmitted through an optical fiber, and the fiber is split into two. One of them is used to actuate macro fiber composite (MFC) transducers for guided wave generation, and the other optical fiber is used with fiber Bragg grating (FBG) sensors to measure guided wave responses. The MFC transducers placed along a circumferential direction of a pipe at one end generate longitudinal and flexural modes, and the corresponding responses are measured using FBG sensors instrumented in the same configuration at the other end. The generated guided waves interact with a defect, and this interaction causes changes in response signals. Then, a damage-sensitive feature is extracted from the response signals using the axi-symmetry nature of the measured pitch-catch signals. The feasibility of the proposed system has been examined through a laboratory experiment.
Dynamic characteristics of catenary that supplies electrical power to high-speed trains are investigated. A simple catenary is composed of the contact and messenger wires connected by droppers possessing bi-directional stiffness properties. For slender, repeating structures such as catenary, both the wave propagation and vibration properties need to be understood. The influence of parameters that determine catenary dynamics are investiaged through numerical simulations involving finite element models. The effects of the tension and flexural rigidity of the contact wire is first investigated. The effects of dropper characteristics are then investigated. For linear droppers wave propagation as well as modal properties are determined. For large catenary motion, droppers can be modeled as bi-directional elements possessing low stiffness in compression and high stiffness in tension. For this case, impulse response is computed and compared with the cases of linear droppers. It is found that the catenary dynamics are primarily determined by contact wire tension and dropper properties, with large responses observed in 5∼40 Hz frequency range. In particular, the dropper stiffness and spacing are found to have dominant influence on the response frequency and the wave transmission characteristics.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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제29권2호
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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.
Recent construction activities have given rise to civil petitions associated with vibration-induced damages or nuisances. To mitigate unfavorable effects of construction activities, the measures to reduce or isolate from vibration need to be adopted. In this research, a vibration-mitigated concrete, which is one of the active measures for reducing vibration in concrete structures, was investigated. Concrete was mixed with vibration-reducing materials (i.e. latex, rubber power, plastic resin, and polystyrofoam) to reduce vibration and tested to evaluate dynamic material properties and structural characteristics. Normal and high strength concrete specimens with a certain level of damage were also tested for comparisons. In addition, recycling tires and plastic materials were added to produce a vibration-reducing concrete. A total of 32 concrete bars and eight concrete beams were tested to investigate the dynamic material properties and structural characteristics. Wave measurements on concrete bars showed that vibration-mitigated concrete has larger material damping ratio than normal or high strength concrete. Styrofoam turned out to be the most effective vibration-reducing mixture. Flexural vibration tests on eight flexural concrete beams also revealed that material damping ratio of the concrete beams is much smaller than structural damping ratio for all the cases.
In order to control vibration in structures, it is desirable to be able to identify dominant paths of vibration transmission from sources through the structure to some points of interest. Structural intensity vector(power flow per width of cross section) using cross spectra is able to measure the vibration power flow at a point in a structure. This paper describes the structural intensity measurement of 2-dimensional structure. Structural intensity of 2-dimensional structure can be obtained from eight point cross spectral measurement per axis, or two point measurement per axis on the assumption of far field. Approximate formulation of the relation between bending waves in structures and structural intensity makes it possible to separate the wave components by which one can get a state of the vibration field. Experimental results are obtained on an infinite plate at the near and far field in flexural vibration. The measurement error of two point measurement is rather bigger than eight point measurement on account of the assumption that Poisson's ratio is 1. The structural intensity vectors on the plate are checked the ability to identify the path of vibration power flow in random excitation and 200Hz sine excitation, the result of two point measurememt is almost the same as the result of eight point measurement in 200Hz sine excitation.
As a study of efficient velocity analysis in sonic log, several preexisting techniques have been adopted to the sonic data taken from model borehole in Kangwon National University, and the results were compared. For the data taken from monopole source, Slowness-Time Coherence method which is a common technique for nondispersive wave was used. For the data taken from dipole source, conventional STC and Tang's method(Tang et al., 1995) were used. From the good matches in the P and Stoneley wave velocities, we could confirm the effectiveness of STC computation. We also could find that shear velocity obtained from Tang's method were exactly matched with shear velocity obtained from monopole source, and that the velocity were within the range of S wave velocity values obtained from conventional STC application to dispersive flexural waves.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제6권4호
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pp.1130-1147
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2014
Large size ships have a very flexible construction resulting in low resonance frequencies of the structural eigen-modes. This feature increases the dynamic response of the structure on short period waves (springing) and on impulsive wave loads (whipping). This dynamic response in its turn increases both the fatigue damage and the ultimate load on the structure; these aspects illustrate the importance of including the dynamic response into the design loads for these ship types. Experiments have been carried out using a segmented scaled model of a container ship in a Seakeeping Basin. This paper describes the development of the model for these experiments; the choice was made to divide the hull into six rigid segments connected with a flexible beam. In order to model the typical feature of the open structure of the containership that the shear center is well below the keel line of the vessel, the beam was built into the model as low as possible. The model was instrumented with accelerometers and rotation rate gyroscopes on each segment, relative wave height meters and pressure gauges in the bow area. The beam was instrumented with strain gauges to measure the internal loads at the position of each of the cuts. Experiments have been carried out in regular waves at different amplitudes for the same wave period and in long crested irregular waves for a matrix of wave heights and periods. The results of the experiments are compared to results of calculations with a linear model based on potential flow theory that includes the effects of the flexural modes. Some of the tests were repeated with additional links between the segments to increase the model rigidity by several orders of magnitude, in order to compare the loads between a rigid and a flexible model.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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한국전기전자재료학회 2008년도 추계학술대회 논문집 Vol.21
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pp.187-188
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2008
An ultrasonic motor of high torque with a new configuration for application in automobiles is proposed. The newly designed stator is a two sided vibrator consisting of a toothed metal disk with a piezoelectric ceramic ring bonded on both faces of the disk which generates a flexural traveling wave along the circumference of disk. In this configuration, the displacement on the surface of stator may not be confined. It also produces a large vibrating force and amplitude because the vibrator is sandwiched by two piezoelectric plates. It is possible to increase the torque by improving the vibration characteristics. To compute the vibration mode of the motor of diameter 48 mm, the finite element method was used. A 6th mode was chosen as the operation mode with a resonance frequency of about 64.4 kHz. According to this design and measured its performance, a prototype was fabricated. The performance measurement of the prototype motor showed that its stall torque was about 1.8 Nm and efficiency was 37% at 60% of the maximum torque.
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