Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2006.11a
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pp.41-45
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2006
The fabrication process of fiber placement system of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) requires real time process control and reliable inspection to ensure quality by preventing defects such as delamination and void. Therefore, novel non-contact inspection technique is required during the non-destructive evaluation in a fiber placement system. For the inspection of delamination in CFRP, various methods to receive laser-generated ultrasound were applied by using piezoelectric transducer, air-coupled transducer, wavelet transform and scanning laser ultrasonic technique. Laser-generated ultrasound was received with a conventional piezoelectric sensor in contacting manner. Then signal characteristics due to defects were analyzed to find a factor for detecting defects. Air-coupled transducer was used for reception of laser-generated guided wave using linear slit array in order to generate high frequency guided wave. And line scan technique was used to confirm the capability of on-line application. The high frequency component of laser-generated guided wave received with piezoelectric sensor disappeared after propagating through delamination region. Nevertheless, it was failed to receive high frequency guided wave in using air-coupled transducer. The first peak of the frequency spectrum under 100kHz in the delamination region is higher than in the sound region. By using this feature, the line scanned frequency data were acquired in fully non-contact generation and reception of ultrasound. This method was proved as useful technique for detecting delamination in CFRP.
A finite element method was used to simulate the wave propagation of laser-generated ultrasound and its interaction with surface breaking cracks in an elastic material. Thermoelastic laser line source on the material surface was approximated as a shear dipole and loaded as nodal forces in the plane-strain finite element (FE) model. The shear dipole- FE model was tested for the generation of ultrasound on the surface with no defect. The model was found to generate the Rayleigh surface wave. The model was then extended to examine the interaction of laser generated ultrasound with surface-breaking cracks of various depths. The crack-scattered waves were monitored to size the crack depth. The proposed model clearly reproduced the experimentally observed features that can be used to characterize the presence of surface-breaking cracks.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.25
no.6
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pp.459-466
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2005
The scanning laser source (SLS) technique has been proposed recently as an effective way to investigate small surface-breaking defects, By monitoring the amplitude and frequency changes of the ultrasound generated as the SLS scans over a defect, the SLS technique has provided enhanced signal-to-noise performance compared to the traditional pitch-catch or pulse-echo ultrasonic methods, An extension of the SLS approach to map defects in microdevices is proposed by bringing both the generator and the receiver to the near-field scattering region of the defects, To facilitate near-field ultrasound measurement, silicon microcantilever probes are fabricated using microfabrication technique and their acoustical characteristics are investigated, Then, both the laser-generated ultrasonic source and the microcantilever probe are used to monitor near-field scattering by a surface-breaking defect.
International Journal of Reliability and Applications
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v.5
no.1
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pp.1-13
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2004
It is recently well recognized that the technique for the one-sided stress wave velocity measurement in structural materials provides measurement in structural materials provides valuable information on the state of the material such as quality, uniformity, location of cracked or damaged area. This technique is especially effective to measure velocities of longitudinal and Rayleigh waves when access to only one surface of structure is possible. However, one of problems for one-sided stress wave velocity measurement is to get consistent and reliable source for the generation of elastic wave. In this study, the laser based surface elastic wave was used to provide consistent and reliable source for the generation of elastic wave into the materials. The velocities of creeping wave and Rayleigh wave in materials were measured by the one-sided technique using laser based surface elastic wave. These wave velocities were compared with bulk wave velocities such as longitudinal wave and shear wave velocities to certify accuracy of measurement. In addition, the mechanical properties such as poisson's ratio and specific modulus(E/p) were calculated with the velocities of surface elastic waves.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.27
no.3
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pp.246-254
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2007
The scanning laser source (SLS) technique is a promising new laser ultrasonic tool for the detection of small surface-breaking defects. The SLS approach is based on monitoring the changes in laser-generated ultrasound as a laser source is scanned over a defect. Changes in amplitude and frequency content are observed for ultrasound generated by the laser over uniform and defective areas. The SLS technique uses a point or a short line-focused high-power laser beam which is swept across the test specimen surface and passes over surface-breaking or subsurface flaws. The ultrasonic signal that arrives at the Rayleigh wave speed is monitored as the SLS is scanned. It is found that the amplitude and frequency of the measured ultrasonic signal have specific variations when the laser source approaches, passes over and moves behind the defect. In this paper, the setup for SLS experiments with full B-scan capability is described and SLS signatures from small surface-breaking and subsurface flaws are discussed using a point or short line focused laser source.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.34
no.6
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pp.457-466
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2014
This paper presents an analytic and numerical simulation of the generation and propagation of pico-second ultrasound with nano-scale wavelength, enabling the production of bulk waves in thin films. An analytic model of laser-matter interaction and elasto-dynamic wave propagation is introduced to calculate the elastic strain pulse in microstructures. The model includes the laser-pulse absorption on the material surface, heat transfer from a photon to the elastic energy of a phonon, and acoustic wave propagation to formulate the governing equations of ultra-short ultrasound. The excitation and propagation of acoustic pulses produced by ultra-short laser pulses are numerically simulated for an aluminum substrate using the finite-difference method and compared with the analytical solution. Furthermore, Fourier analysis was performed to investigate the frequency spectrum of the simulated elastic wave pulse. It is concluded that a pico-second bulk wave with a very high frequency of up to hundreds of gigahertz is successfully generated in metals using a 100-fs laser pulse and that it can be propagated in the direction of thickness for thickness less than 100 nm.
Park, Seung-Kyu;Baik, Sung-Hoon;Park, Moon-Cheol;Lim, Chang-Hwan;Ra, Sung-Woong
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.25
no.5
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pp.391-399
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2005
Laser-generated ultrasonic inspection system is a non-contact scanning inspection device with high spatial resolution and wide bandwidth. The amplitude of laser-generated ultrasound is varied according to the energy of pulse laser and the surface conditions of an object where the CW measuring laser beam is pointing. In this paper, we correct the generating errors by measuring the energy of pulse laser beam and correct the measuring errors by extracting the gain information of laser interferometer at each time. h dynamic stabilizer is developed to stably scan on the surface of an object for an laser-generated ultrasonic inspection system. The developed system generates ultrasound after adaptively finding the maximum gain time of an laser interferometer and processes the signal in real time after digitization with high speed. In this paper, we describe hardware configuration and control algorithm to build a stable laser-generated ultrasonic inspection system. Also, we confirmed through experiments that the proposed correction method for the generating errors and measuring errors is effective to improve the performance of a system.
The objective of this research is to estimate the crack location and size of a carbon steel pipe by using a laser ultrasound guided wave for the wall thinning evaluation of an elbow. The wall thinning of the carbon steel pipe is one of the most serious problems in nuclear power plants, especially the wall thinning of the carbon steel elbow caused by Flow-Accelerated Corrosion (FAC). Therefore, a non-destructive inspection method of elbow is essential for the nuclear power plants to operate safely. The specimens used in this study were carbon steel elbows, which represented the main elements of real nuclear power plants. The shape of the wall thinning was an oval with a width of 120mm, a length of 80mm, and a depth of 5mm. The L(0,1) and L(0,2) modes variation of the ultrasound guided wave signal is obtained from the response of the laser generation/air-coupled detection ultrasonic hybrid system represent the characteristics of the defect. The trends of these characteristics and signal processing were used to estimate the size and location of wall thinning.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.32
no.4
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pp.388-392
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2012
This study proposes a fully non-contact measurement method to assess acoustic nonlinearity of narrowband surface waves generated by a line-arrayed laser beam by using a laser-ultrasonic detector in the way of two-wave mixing (TWM) method. This method was applied to figure out a relationship between plastic deformation and nonlinearity characteristics of a plastically deformed aluminum specimens. The experimental results showed that the acoustic nonlinearity of the laser-generated surface wave increased proportionally to the level of tensile deformation. This tendency is in good agreement with the result of measurement by contact method with PZT-transducer.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.26
no.3
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pp.181-189
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2006
A 2D finite-element numerical simulation has been developed to investigate the generation of ultrasonic waves in a homogeneous isotropic elastic slab under a line-focused laser irradiation. Discussing the physical processes involved in the thermoelastic phenomena, we describe a model for the pulsed laser generation of ultrasound in a metal slab. Addressing an analytic method, on the basis of an integral transform technique, for obtaining the solutions of the elastodynamic equation, we outline a finite element method for a numerical simulation of an ultrasonic wave propagation. We present the numerical results for the displacements and the stresses generated by a line-focused laser pulse on the surface of a stainless steel slab.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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