• 비파괴검사학회지
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• 제34권3호
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• pp.220-225
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• 2014

초음파 비선형 특성은 일반적으로 재료 내부를 전파한 초음파의 기본주파수 및 2차 고조파 성분 크기에 의해 결정되는 비선형 파라미터 ${\beta}$로 측정되며, 재료의 미세한 변질을 평가하는데 효과적인 인자로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 인공시효된 Al6061-T6의 열처리 시간에 따른 초음파 비선형 특성을 평가하였다. 초음파가 시편을 투과하여 수신되는 신호를 분석하여 비선형 파라미터 ${\beta}$를 구하였고, 비선형 파라미터 측정 후 마이크로 비커스 경도를 측정하였다. 비선형 파라미터 측정 결과로부터 열처리 시간에 따른 재료 내 미세 구조적인 변화를 추정하였으며, 경도 측정 결과로부터 이러한 추정이 합당함을 증명하였다. 측정 결과 비선형 파라미터는 석출거동 메커니즘에 의한 재료 미세조직 변화와 매우 밀접한 상관관계를 나타냈다. 이로부터 초음파 비선형 파라미터를 이용하여 인공시효에 의한 재료 내 미세구조 및 상태 변화를 초음파 비선형 파라미터로 평가할 수 있음을 확인하였다.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제8권6호
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• pp.1415-1423
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• 2013

The traveling wave ultra-sonic motor (TWUSM) is operated through the frictional force between the rotor and the stator. Hence, the contact mechanism should be analyzed to estimate the motor performance. However, the nonlinearity of the contact mechanism of the TWUSM makes it difficult to propose a proper contact model and a characteristic analysis method. To address these problems, a novel contact model is proposed and be termed the cylindrical dynamic contact model (CDCM) in this research. An estimation method of the motor performance is proposed using the CDCM, an analytical method, and a numerical method. The feasibility and usefulness of the proposed characteristic analysis are verified through experimental data.

• Smart Structures and Systems
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• 제17권1호
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• pp.45-58
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• 2016

Freezing and thawing cycles induce deterioration and strength degradation of concrete structures. This study presumes that a large quantity of contact-type defects develop due to the freezing and thawing cycles of concrete and evaluates the degree of defects based on a nonlinearity parameter. The nonlinearity parameter was obtained by an impact-modulation technique, one of the nonlinear ultrasonic methods. It is then used as an indicator of the degree of contact-type defects. Five types of damaged samples were fabricated according to different freezing and thawing cycles, and the occurrence of opening or cracks on a micro-scale was visually verified via scanning electron microscopy. Dynamic modulus and wave velocity were also measured for a sensitivity comparison with the obtained nonlinearity parameter. The possibility of evaluating strength degradation was also investigated based on a simple correlation of the experimental results.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권3호
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• pp.215-222
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• 2017

프리스트레스트 보의 인장력 변화에 따른 콘크리트 응력 수준을 평가하기 위하여, 초음파를 이용하는 기존의 방법보다 개선된 비선형 초음파 공진 기법의 도입을 제안하였다. 이는 동일하게 초음파를 사용하는 선형의 기법보다 월등히 높은 민감도를 보이므로 초기 상태의 응력 평가에도 유리하다. 비선형 초음파 공진 기법은 초음파 통과시 매질 상태에 따른 공진 주파수의 변화의 정도로부터 계산되는 비선형 인자의 값을 측정하며, 측정 결과는 콘크리트의 응력 상태와도 밀접한 연관을 갖는다. 본 연구에서는 유압 펌프를 통한 인장력 작용에 따른 비선형 인자의 측정을 수행함으로써 두 인자 사이에 밀접한 연관성이 있음을 확인하고, 반복적인 하중 이력의 작용이 비선형 인자의 변화에 미치는 영향을 분석하였다. 추가적으로, 선형 초음파 전파 속도 측정 결과를 비교하여 제안한 방법의 민감도를 검증하였다. 측정 결과를 통해 프리스트레스트 보의 콘크리트 응력 수준 평가를 위한 비선형 초음파 공진 기법의 적용 가능성을 확인하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제33권2호
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• pp.193-197
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• 2013

본 연구에서는 열처리된 알루미늄 합금의 초음파 비선형 특성을 평가하였다. 초음파의 비선형성은 재료를 전파한 초음파의 2차고조파와 기본주파수 성분의 진폭비에 의존하는 비선형 파라미터 ${\beta}$로 측정하였다. 비선형 파라미터 ${\beta}$의 측정은 접촉식 탐촉자를 이용하여 동일 평면상에서 시편저면에서 반사된 신호로부터 구하였다. 열처리(시효)는 $300^{\circ}C$에서 1시간부터 50시간까지 다양한 유지시간동안 수행하였다. 인장시험으로부터 인장강도와 연신율을 구하고 비선형 파라미터와 비교하였다. 비선형 파라미터 ${\beta}$는 시효시간 5시간에서 피크를 나타내고 이후는 감소하였다. 이는 인장강도와 연신율의 변화와 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났다. 또한 비선형 파라미터가 피크를 나타낸 열처리 시간과 인장곡선에서 최대변화가 나타난 열처리 시간이 일치하였다. 이 같은 결과는 알루미늄합금의 시효처리로 인한 강도 변화를 모니터링 하는데 초음파의 비선형성이 유용할 수 있음을 보여준다.

• 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.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권2호
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• pp.145-152
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• 2010

본 논문에서는 비선형 초음파 기법을 이용하여 SUS316L 재료 시편에서의 피로열화를 평가한 연구의 결과를 보고한다. 초음파의 비선형성은 입사 주파수 성분의 크기와 2차 고조파 성분의 크기 비로 정의되는 상대적 비선형 파라미터에 의해 측정된다. 실험을 위해 접촉식 탐촉자를 이용한 계측시스템을 구성하였으며, 안정된 비선형 파라미터의 측정이 가능하도록 계측시스템 자체에서 발생되는 고조파 성분을 억제하고 계측 조건이 일관되게 유지되도록 하였다. 시편으로는 SUS316L 재료의 두 가지 피로열화 시편이 사용되었다. 하나는 봉형으로 회전굽힘피로를 가한 시편이고, 다른 하나는 판형으로 인장피로를 가한 시편이다. 피로조건은 모두 고주기 피로에 해당한다. 전자는 피로가 누적되는 과정에서 비선형 파라미터가 어떻게 변화하는지를 관측하는데 이용되었고, 후자는 피로를 가한 후 피로응력이 집중되는 위치와 그 외 위치에서의 비선형 파라미터의 차이를 관측하는데 이용되었다. 측정결과 비선형 파라미터는 두 가지 시편 모두에서 피로도와 강한 상관성을 갖는 것으로 나타났다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제14권1호
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• pp.31-40
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• 1993

It is well known that nonlinear propagation characteristics of the wave in the tissue may give very useful information for the medical diagnoisis. In this paper, a new method to detect nonlinear propa gation characteristics of the internal vibration in the tissue for the low frequency mechanical vibra lion by using bispectral analysis is proposed. In the method, low frequency vibration of $f_0(=100Hz)$ is applied on the surface of the object, and the waveform of the internal vibration ${\times}{\;}(t)$ is measured from Doppler frequency modulation of silmultaneously transmitted probing ultrasonic waves. Then, the bispectra of the signal ${\times}{\;}(t.)$ at the frequencies ($f_0,{\;}f_0$) and ($f_0,{\;}2f_0$) are calculated to estimate the nonlinear propagation characteristics as their magnitude ratio, where since bispectrum is free from the gallssian additive noise we can get the value with high S/N. Basic experimental system is con structed by using 3.0 MHz probing ultrasonic waves and the several experiments are carried out for some phantoms. Results show the superiority of the proposed method to the conventional method using power spectrum and also its usefulness for the tissue characterization.

• 비파괴검사학회지
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• 제37권1호
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• pp.7-12
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• 2017

음향 비선형 파라미터는 입사시킨 기본주파수 성분의 변위 진폭 크기와 재료의 비선형성에 의하여 발생된 2차 고조파 성분의 변위 진폭 크기의 비로 정의된다. 본 연구에서는, 압전소자 방식을 이용한 초음파 절대변위진폭 측정의 타당성을 확인하고자, 이 기법을 통해 초음파가 입사된 SUS316 시편의 절대변위진폭을 측정하였다. 또한 비교를 위해, 레이저를 통한 패브리패럿 방식의 간섭계를 이용하여 동일 시편에 대한 절대변위진폭을 측정하였다. 두 가지 기법을 통한 실험 결과는 서로 잘 일치하는 경향을 보였으며, 특히 압전형 수신 기법의 경우 기존의 레이저 변위측정기법에 비하여 반복 측정의 안정성이 우수한 것으로 나타났다. 이 결과로부터 압전형 수신 기법은 기존 레이저 측정 기법에 비하여 과정이 복잡하지만, 미세변위를 더 안정적으로 측정할 수 있어 음향 비선형 파라미터의 측정에 유리할 것으로 기대된다.

• 비파괴검사학회지
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• 제28권4호
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• pp.352-357
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• 2008

구조물의 안전 보장 문제에 있어 재료의 파손 이전에 미세균열을 검출하는 것은 매우 중요하다. 비선형 초음파 기법은 일반적인 초음파 기법보다 미세결함에 민감하기 때문에 이를 이용하여 비파괴적으로 구조물이나 재료의 건전성을 진단하는 방법이 주목받고 있다. 계면접촉에 의한 비선형 초음파 효과는 초음파가 내부의 미세 균열에 입사될 때 미세균열면에서 응력과 변위가 비선형 관계를 가지고, 이에 의해 파가 왜곡되어 그 결과 고조파 성분이 발생하는 현상이다. 본 연구에서는 이러한 비선형 초음파 기법의 적용가능성을 알루미늄 시편에 인위적으로 발생시킨 피로균열을 대상으로 실험적으로 검증하고자 하였다. 이를 위해 V-노치를 갖는 A16061의 피로균열 시험편을 준비하고, 균열방향으로 2차 고조파 성분의 크기를 측정하였다. 실험결과 미세균열에서 고조파 성분이 크게 발생하며 이 기법에 의한 균열깊이 측정이 일반적인 반사파의 6 dB drop법보다 정확함을 확인하였다.