This paper describes a theoretical model and acoustic analysis of hysteresis of contacting surfaces subject to compression pressure. Contacting surfaces known to be nonlinear and hysteretic is considered as a simple spring that has a complex stiffness connecting discontinuous displacements between two solid contact boundaries. Mathematical formulation for 1-D interfacial wave propagation between two contacting solids is developed using the complex spring model to derive the dispersion relation between the interface wave speed and the complex interfacial stiffness. Existence of the interface wave propagating along the hysteretic interface is studied in theory and discussed by investigating the solution to the dispersion equation. Unlike the linear interface without hysteresis, there can exist only one distinct mode of interface waves for the hysteretic interface, which is anti-symmetric motion. The anti-symmetric mode of interface wave propagates with the velocity faster than the Rayleigh surface wave but less than the shear wave depending on the interfacial stiffness. If the contacting surfaces are compressed so much that the linear interfacial stiffness is very high, the hysteretic stiffness does not affect the interface wave velocity. However, it has an effect on the speed of interface wave for a loosely contact surfaces with a relatively low linear stiffness. It is also found that the phase velocity of anti-symmetric wave mode converges to the shear wave velocity in despite of the linear stiffness value if the hysteretic stiffness approaches 0.5.
분산 제어 (DM; dispersion management)와 광 위상 공액 (optical phase conjugation)이 적용된 파장 다중 (WDM; wavelength division multiplexing) 시스템의 유연한 구성을 위하여 중계 구간 당 잉여 분산 (RDPS; residual dispersion per span)이 랜덤하게 분포하는 전송 링크에서 전체 전송 거리에 따른 설계 기준을 도출하였다. 설계기준 분석에 사용된 DM 파라미터는 유효 전체 잉여 분산 (NRD; net residual dispersion)과 유효 입사 전력이다. 단일 모드 광섬유 (SMF; single mode fiber) 기준 전체 전송 거리가 1,000 km 이하인 링크에 랜덤 분포의 RDPS가 적용되는 경우 일정 분포에 비해 시스템 성능이 크게 차이나지 않아 유연한 네트워크 구성이 가능하고, 넓은 범위에 걸쳐 있는 WDM 채널에 대해 하나의 값이 아닌 폭넓은 NRD를 링크에 적용할 수 있다는 것을 확인하였다.
Park, Ik-Keun;Kim, Hyun-Mook;Kim, Young-Kwon;J. L. Rose
한국공작기계학회:학술대회논문집
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한국공작기계학회 2003년도 춘계학술대회 논문집
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pp.79-85
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2003
One of unique characteristics of guided waves is a dispersive behavior that guided wave velocity changes with an excitation frequency and mode. In practical applications of guided wave techniques, it is very important to identify propagating modes in a time-domain waveform for determination of defect location and size. Mode identification can be done by measurement of group velocity in a time-domain waveform. Thus, it is preferred to generate a single or less dispersive mode But in many cases, it is difficult to distinguish a mode clearly in a time-domain waveform because of superposition of multi modes and mode conversion phenomena. Time-frequency analysis is used as efficient methods to identify modes by presenting wave energy distribution in a time-frequency. In this study, experimental guided wave mode identification is carried out in a steel plate using time-frequency analysis methods such as wavelet transform. The results are compared with theoretically calculated group velocity dispersion curves. The results are in good agreement with analytical predictions and show the effectiveness of using the wavelet transform method to identify and measure the amplitudes of individual guided wave modes.
A new flaw detection technique using by SH angle beam method has been discussed. The SH-wave is horizontally polarized shear wave and the surface SH wave has a characteristic of traveling along near surface layer. The surface SH wave technique is valuable for the detection of fatigue cracks at fillet weld heels which cannot be detected by other ultrasonic technique such as angle beam technique and The dispersion curves of it has simple characterization. In this work, using these beneficial chraterization, quality evaluation of spot weld with ultrasonic sound intensity of SH-wave passing through nugget area of spot weld are verified experimentally.
배관의 축방향 균열 검사를 위하여 원주 방향으로 진행하는 유도초음파 모드를 적용하였다. 배관의 곡률을 변수로 원주 유도초음파의 분산선도를 계산하였으며 이를 배관 검사에 적용하기 위하여 중수로 피더관의 곡관부 축방향 균열을 탐지에 적용하였다. 상대적으로 낮은 주파수에서는 Lamb 파 특성을 따르나 주파수가 증가함에 따라 평판의 경우, 즉 곡률이 무한대인 경우 첫 번째 $A_0$ 모드와 두 번째 $S_0$ 모드가 합쳐져서 Rayleigh 모드 형태로 변화한다. 한편 곡률을 가진 배관의 경우는 주파수가 증가하더라도 첫 번째 모드와 두 번째 모드가 합쳐지지 않았다. 이러한 해석을 기초로 하여 배관의 일종인 중수로 피더관 곡관부 축방향 결함을 탐지하기 위하여 사각 탐촉자를 사용하여 Rocking 원주 유도초음파 기법을 적용하였다. 원주 방향으로 유도파를 진행시키면서 인공 결함으로부터의 수집된 신호를 분석하여 진동 모드를 확인하였으며 두께 대비 10% 깊이의 notch도 검출할 수 있음을 확인할 수 있었다.
유리판과 단일방향(unidirectional) 탄소섬유 강화 복합재료(CFRP)판의 표면에서 연필심을 부러뜨려 발생된 과도적 탄성파를 음원으로부터 멀리 떨어진 서로 다른 위치에 둔 두개의 탐촉자로 검출하였다. 탐촉자에 검출된 과도적 신호의 스펙트럼 분석에 의해 판에서 pulse 형태로 발생된 신호는 Lamb파 분산관계를 따르며 전파하고, 유리판과 단일방향 CFRP판에서의 과도적 신호는 최저 대칭$(S_{0})$, 1차 대칭$(S_{1})$, 1차 비대칭$(A_{l})$ 모드의 최대 군속도 주변의 성분들로 형성되었다. 이러한 최대 군속도 주변 성분은 분산이 비교적 적기 때문에 과도적 신호의 초기부분은 크게 변화되지 않았으며, $A_{1}$ 모드 단절 (cut-off)주파수 이하 영역의 $S_{0}$ 모드가 가장 빠른 군속도로 전파되고 과도적 신호 형성에 크게 기여하는 모드이었다.
본 논문에서는 2차원 유한차분 시간영역 방법을 사용하여 균일 평변 전송선로의 고차 모드 주파수 분산 특성을 해석하였다. 전자계 스펙트럼의 크기만을 사용하는 기존 방볍과는 달리, 퓨리에 계수의 크기 및 위상 특성을 동시에 사용함으로써, 다른 공진모드에 비하여 스펙트럼의 크기가 상대적으로 착을 경우에도 모드 식 별이 용이하도록 하였다. 수치해석 결과, 20 GHz 이내에서 스트립 선로에서는 고차 모드가 몇 개 발생되지 않았지만, 접지된 coplanar waveguide에서는 상당히 많은 고차 모드가 발생되며, 특히, 첫 번째 고차 모드가 기본 모드에 매우 근접해 았었다 이와 같이, 기본 모드와 고차 모드가 매우 근접하여 있는 경우 또는 고차 모드가 매우 많이 발생되는 평변형 전송선로의 해석에 본 연구에서 해석 방볍이 효과적으로 적용될 수 있다.
A torsional guided wave was applied to detect a defect in petrochemical pipes. Phase and group velocity dispersion curves for the longitudinal and torsional modes of the inspected pipe were presented for the theoretical analysis. It was found through mode shape analysis that there was mode conversion when torsional wave is incident at an asymmetric defect. An artificial notch was fabricated in the pipe and the detectability was examined from the distance 2m of the end of the pipe by using magnetostrictive sensors. The relativities between the amplitude of the reflected signal and the size of the defect was examined. It was shown that the T(0,1) mode could be used for the long range inspection for the petrochemical pipes.
Various modeling techniques for ultrasonic wave propagation and scattering problems in finite solid media are presented. Elastodynamic boundary value problems in inhomogeneous multi-layered plate-like structures are set up for modal analysis of guided wave propagation and numerically solved to obtain dispersion curves which show propagation characteristics of guided waves. As a powerful modeling tool to overcome such numerical difficulties in wave scattering problems as the geometrical complexity and mode conversion, the Boundary Element Method(BEM) is introduced and is combined with the normal mode expansion technique to develop the hybrid BEM, an efficient technique for modeling multi-mode conversion of guided wave scattering problems.
Ultrasonic guided wave testing is a very promising non-destructive testing method for rails, which is of great significance for ensuring the safe operation of railways. On the basis of the semi-analytical finite element (SAFE) method, a analytical model of 59R2 grooved rail was proposed, which is commonly used in the ballastless track of modern tram. The dispersion curves of ultrasonic guided waves in free rail and supported rail were obtained. Sensitivity analysis was then undertaken to evaluate the effect of rail elastic modulus on the phase velocity and group velocity dispersion curves of ultrasonic guided waves. The optimal guided wave mode, optimal excitation point and excitation direction suitable for detecting rail integrity were identified by analyzing the frequency, number of modes, and mode shapes. A sinusoidal signal modulated by a Hanning window with a center frequency of 25 kHz was used as the excitation source, and the propagation characteristics of high-frequency ultrasonic guided waves in the rail were obtained. The results show that the rail pad has a relatively little influence on the dispersion curves of ultrasonic guided waves in the high frequency band, and has a relatively large influence on the dispersion curves of ultrasonic guided waves in the low frequency band below 4 kHz. The rail elastic modulus has significant influence on the phase velocity in the high frequency band, while the group velocity is greatly affected by the rail elastic modulus in the low frequency band.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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