The ultrasonic pulse velocities of pressure, shear, and Rayleigh waves ( P-, S-, and R- waves) have been used for the condition evaluation of various concrete structures, but the statistical distribution according to the wave type has not been studied clearly in view of data reliability and validity. Therefore, this study analyzed the statistical distribution of P-, S-, R-wave velocities in concrete wide beams of $800{\times}3100mm$ (width ${\times}$ length) with a thickness of 300 mm. In addition, we investigated an experimental consistency by the Kolmogorov-Smirnov goodness-of-fit test. The experimental data showed that the R-, S- and P- wave velocities in order have better statistical stability and reliability for in situ evaluation because R- and S-waves are less sensitive to confinement and boundary conditions. Also, good correlations between wave velocities and strength and modulus of elasticity were found, which indicate them as appropriate techniques for estimating the mechanical properties.
The influences of mineral content and porosity on ultrasonic wave velocity were assessed for ten hornfelsic rocks collected from southern and western parts of the city of Hamedan, western Iran. Selected rock samples were subjected to mineralogical, physical, and index laboratory tests. The tested rocks contain quartz, feldspar, biotite, muscovite, garnet, sillimanite, kyanite, staurolite, graphite and other fine grained cryptocrystalline matrix materials. The values of dry unit weight of the rocks were high, but the values of porosity and water absorption were low. In the rocks, the values of dry unit weight are related to the presence of dense minerals such as garnet so not affected by porosity. The statistical relationships between mineral content, porosity and ultrasonic wave velocity indicated that the porosity is the most important factor influencing ultrasonic wave velocity of the studied rocks. The values of P-wave velocity of the rocks range from moderate to very high. Empirical equations, relevant to different parameters of the rocks, were proposed to determine the rocks' essential characteristics such as primary and secondary wave velocities. Quality indexes (IQ) of the studied samples were determined based on P-wave velocities of them and their composing minerals and the samples were classified as non-fissured to moderately fissured rocks. Also, all tested samples are classified as slightly fissured rocks according to the ratio of S-wave to P-wave velocities.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.10a
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pp.818-823
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2005
Creep damage is one of the mosl important characteristics for the stability of high temperature structures such as huge energy converting facilities. Creep failure of Type 316LN stainless steel is highly correlated to generation and growth of the voids. In this paper, in order to investigate the correlation of creep rupture time and ultrasonic parameters (group velocity, angular velocity), creep-damaged Type 316LN specimens and measurements for the ultrasonic parameters were made. However, bi-directional measurements were applied along the load direction and the perpendicular direction to the load line by means of the contact type probe of which the central frequencies are 10MHz, 15MHz and 20MHz. Analyzing the angular velocities of the ultrasonic signals obtained from the load direction, it was confirmed that the angular velocities were declined as the creep time passed when 15MHz and 20MHz probes were used. Also, the group velocities were declined for all three frequencies as the creep time increased. Thus, positive feasibility for the creep damage evaluation by means of the angular and group velocities was confirmed. Moreover, result of analysis for the ultrasonic signal which was obtained from the perpendicular direction upon the angular and group velocities indicated little variation for both of the angular and group velocities. Therefore, the creep damage is likely to represent anisotropic itself.
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.
Effects of the cross-sectional dimension and moisture profile of wood specimens on the ultrasonic sound velocities of radiata pine heartwood and sapwood. Each moisture profile model specimen was made by composing five wood pieces with various moisture contents. As the cross-sectional dimensions decreased the ultrasonic velocities of both heartwood and sapwood decreased by 4~8%. In the ultrasonic signals transmitted through the specimens low frequency components more dominated than high frequency components as the dimension of cross section increased. The specimens with the same average MCs and different moisture profiles showed different ultrasonic velocities. By plotting the ultrasonic velocities against the average moisture contents of the inner three pieces of the moisture profile model specimens it was revealed that three distinct plot patterns existed.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1994.10a
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pp.383-388
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1994
Ultrasonic sensor for evaluating plastic anisotropy was developed. Magnetostrictive type EMAT is sensor to transmit and receive the Lamb wave using magnetostriction. It is suitable for on line processing because of transmitting and receiving ultrasonic without contact ODCs(orientation distribution coefficients), W $_{400}$. W $_{420}$. W $_{440}$. were respectively calculated using zeroth order Lamb wave velocities, the calculated ODCs was used for evaluating plastic anisotropy, the results was compared for mean values of destructive tests. Besides, the Lorentz EMAT for generating longitudinal wave and two shear waves simultaneously and the Lorentz type EMAT for measuring SH wave velocities were made. ODCs were calculated using the measured resonant modes and velocities. the results of two methods show possibility of an line processing measurement.
In the present study, tubular polyvinyl chloride (PVC) cortical bone mimics that simulate the cortical shell of long bones were used to validate the axial transmission technique for assessing the cortical thickness by measuring the ultrasonic velocities along the cortical shell of long bones. The ultrasonic velocities in the 9 PVC cortical bone mimics with wall thicknesses from 4.0 to 16.1 mm and inner diameters from 40 to 300 mm were measured as a function of the thickness by using a pair of custom-made transducers with a diameter of 12.7 mm and a center frequency of 200 kHz. In order to clarify the measured behavior, they were also compared with the predictions from a theory of guided waves in thin plates. This phantom study using the PVC cortical bone mimics provides useful insight into the dependencies of ultrasonic velocities on the cortical thickness in human long bones.
Since ultrasonic stress wave velocity varies with wood temperature and moisture content, ultrasonic stress wave could be a tool to predict wood moisture content if temperature effect could be eliminated. This temperature effect was investigated by measuring the velocities of ultrasonic stress waves transmitting through air, a metal bar and a dimension lumber at various temperatures. For air the velocity and amplitude of the ultrasonic stress wave increase with temperature, while for a metal bar and a dimension lumber those decrease as temperature increases. However all three materials showed velocity hystereses with a temperature cycle. The effect of temperature and moisture content on stress wave velocity of a dimension lumber was depicted in the form of a three dimensional graph. The plot of stress wave velocity vs. wood moisture content was well fitted by two regression equations: a exponential equation below 46% and a linear equation above 46%.
This study was performed as part of a research project aimed at developing an ultrasonic computed tomography (CT) system of wood for field application. In this reports, we investigate the variation of wave velocities on the cross section of real size wooden structural member to confirm the reason of image distortion on CT image of wood, and then proposed a new image reconstruction method by considering the velocity variation on wood cross section. First of all, the effect of wood anisotropy on ultrasonic velocities of wooden members was investigated. Based on the relationship between ultrasonic velocity and annual ring angle, which was obtained from test results of small clear specimens, ultrasonic velocities of each measuring angle were predicted. Next, they were compared with the ultrasonic velocities measured on five wood disks. There were very large differences between predicted and measured results, thought to be caused by the skewing effect of ultrasound and the presence of juvenile-wood. Based on these findings, a new method was proposed to reconstruct cross-sectional image of wood. By using this method, some distortions on reconstructed images could be removed, and defects were more easily and clearly detected. The minimum size of detectable defect was decreased remarkably, from 33 mm to 13 mm. However, the size of the detected defect was enlarged and the position somewhat shifted to the specimen surface on the CT images, which was also thought to be caused by the skewing effect of ultrasound. Additional research has been planned to solve these problems.
Heidari, Mojtaba;Ajalloeian, Rassoul;Fard, Akbar Ghazi;Isfahanian, Mahmoud Hashemi
Geomechanics and Engineering
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v.25
no.3
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pp.253-266
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2021
In this paper, we discuss a mathematical method for determining the return energy of the wave from the sample and comparing it with the mechanical energy consumed to change the dimension of the sample in the triaxial test of the rock. We represent a method to determine the mechanical energy and then we provide how to calculate the return energy of the wave. However, the static energy and pulse return energy will show higher amounts with axial pressure increase. Three types of clastic sedimentary rocks including sandstone, pyroclastic rock, and argillitic tuff were selected. The sandstone showed the highest strength, Young's modulus and ultrasonic P and S waves' velocities versus others in the triaxial test. Also, from the received P wavelet, the calculated pulse wave returning energy indicated the best correlation between axial stress compared to wave velocities in all specimens. The fact that the return energy decreases or increases is related to increasing lateral stress and depends on the geological characteristics of the rock. This method can be used to determine the stresses on the rock as well as its in-situ modulus in projects that are located at high depths of the earth.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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