In this study, a finite-element surface wave simulation using an effective elastic constant (EEC) was developed to calculate the Rayleigh wave velocity change and polarization change in aluminum, steel, and concrete under uniaxial stress. Under stress, an isotropic medium behaves like an anisotropic material during the wave propagation. The EEC is an equivalent anisotropic stiffness matrix which was derived to simulate the acoustoelastic effect using classical finite-element software. The vertical and horizontal surface displacements located 8-mm from a 1-㎲ excitation load were used to find the acoustoelastic coefficients kv and kp and compared to an analytical scheme. It was found that kv for aluminum and concrete matched within 4% of the analytical solution. The finite-element simulation showed that the Rayleigh wave arrival time for concrete and aluminum was greatly influenced by the stress level. Thus, predicting the stress level using concrete and aluminum's acoustoelastic effect is applicable.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.31
no.6
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pp.656-664
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2011
In this work, a numerical model is proposed for the relation between the magnitudes and the depth residual stress with the velocity of Rayleigh wave. Three cases, stress-free, uniform stress and layered stress, are investigated for the change tendency of the Rayleigh wave speed. Using the simulated signal with variation of residual stress magnitude and depth, investigation of the parameters for fitting residual stress and velocity change are performed. The speed change of Rayleigh wave shows a linear relation with the magnitude and an exponential relation with the depth of residual stress. The combination of these two effects could be used for the depth profile evaluation of the residual stress.
This study investigates the natural convection of air(Pr=0.7) between two walls having a small- wave- number sinusoidal temperature distributions with a phase difference. The wave number and the phase difference of wall temperatures are k=0.5 and ㄱ/2, respectively. In the conduction-dominated regime at small Rayleigh number, two slightly inclined cells are formed over one wave length. At higher Rayleigh number, however, multicellular convection occurs in thermally unstable region. A spatial symmetry is intermittently broken in the transient period at the Rayleigh number near the critical value. The steady-state flows always satisfy the spatial symmetry. A steep increase of Nusselt number occurs near the Rayleigh number at which transition of flow pattern occurs.
Love wave and Rayleigh wave are the major elastic waves belonging to the category of the surface wave. Those waves are used to determine the ground stiffness profile using their dispersion characteristics. The fact that Love wave is not contaminated by P-wave makes Love wave superior to Rayleigh wave and other body waves. Therefore, the information that Love wave carries is more distinct and clearer than that of others. Based on theoretical research, the joint inversion analysis that uses the dispersion information of both Love and Rayleigh wave was proposed. Numerical analysis, theoretical model test, and field test were performed to verify the joint inversion analysis. Results from 2D, 3D finite element analysis were compared with those from the transfer matrix method in the numerical analysis. On the other hand, the difference of results from each inversion analysis was investigated in the theoretical model analysis. Finally, practical applicability of the joint inversion analysis was verified by performing field test. As a result, it is confirmed that considering dispersion information of each wave simultaneously prevents excessive divergence and improves accuracy.
Applications of fibre-reinforced polymer (FRP) composites for retrofitting, strengthening and repairing concrete structures have been expanded dramatically in the last decade. FRPs have high specific strength and stiffness compared to conventional construction materials, e.g., steel. Ease of preparation and installation, resistance to corrosion, versatile fabrication and adjustable mechanical properties are other advantages of the FRPs. However, there are major concerns about long-term performance, serviceability and durability of FRP applications in concrete structures. Therefore, structural health monitoring (SHM) and damage detection in FRP-retrofitted concrete structures need to be implemented. This paper presents a study on investigating the application of Rayleigh wave for detecting debonding defect in FRP-retrofitted concrete structures. A time-of-flight (ToF) method is proposed to determine the location of a debonding between the FRP and concrete using Rayleigh wave. A series of numerical case studies are carried out to demonstrate the capability of the proposed debonding detection method. In the numerical case studies, a three-dimensional (3D) finite element (FE) model is developed to simulate the Rayleigh wave propagation and scattering at the debonding in the FRP-retrofitted concrete structure. Absorbing layers are employed in the 3D FE model to reduce computational cost in simulating the practical size of the FRP-retrofitted structure. Different debonding sizes and locations are considered in the case studies. The results show that the proposed ToF method is able to accurately determine the location of the debonding in the FRP-retrofitted concrete structure.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2005.03a
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pp.338-345
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2005
Recently, surface-wave methods have been widely used for site investigation due to economic advantage and improved reliability. Specially, the Spectral-Analysis-of-Surface-Wave (SASW) method has been used to evaluate soil properties in geotechnical engineering. In determination of subgrade stiffness by SASW measurements, only the vertical Rayleigh waves have been used. This study proposed a framework to determine shear-wave velocity profiles by using vertical and horizontal Rayleigh waves and Love wave all together. In addition, the Common-Array-Profiling(CAP) SASW method was employed, which subgrade stiffness of profile the local material under two fixed receivers. The procedure proposed in this study was verified by comparing the shear-wave velocity profiles with the shear-wave velocity profiles of downhole testing at two geotechnical sites.
The supercritical carbon dioxide (S-CO2) Brayton cycle is an important energy conversion technology for the fourth generation of nuclear energy. Since the printed circuit heat exchanger (PCHE) used in the S-CO2 Brayton cycle has narrow channels, Rayleigh-Bénard (RB) convection is likely to exist in the tiny channels. However, there are very few studies on RB convection in supercritical fluids. Current research on RB convection mainly focuses on conventional fluids such as water and air that meet the Boussinesq assumption. It is necessary to study non-Boussinesq fluids. PRB convection refers to RB convection that is affected by horizontal incoming flow. In this paper, the computational fluid dynamics simulation method is used to study the PRB convection phenomenon of non-Boussinesq fluid-supercritical carbon dioxide. The result shows that the inlet Reynolds number (Re) of the horizontal incoming flow significantly affects the PRB convection. When the inlet Re remains unchanged, with the increase of Rayleigh number (Ra), the steady-state convective pattern of the fluid layer is shown in order: horizontal flow, local traveling wave, traveling wave convection. If Ra remains unchanged, as the inlet Re increases, three convection patterns of traveling wave convection, local traveling wave, and horizontal flow will appear in sequence. To characterize the relationship between traveling wave convection and horizontal incoming flow, this paper proposes the relationship between critical Reynolds number and relative Rayleigh number (r).
The effect of small-scale near surface inhomogeneity on Rayleigh wave propagation and dispersion has been investigated in this study using two-dimensional FEM elastic modeling. Various inhomogeneity models with a variety of geometrical shape and embedment depth which exist in homogeneous half-space and two-layered media are considered. Results show that any near surface inhomogeneity greater than one wavelength in terms of minimum wavelength of Rayleigh wave shows dispersion characteristics. Such dispersion effect become stronger as the dimensions of the inhomogeneity increase. The effect of horizontal dimension is more dominant factor governing the dispersion characteristics than vertical dimension. However, the dispersion effect can not be identifiable in seismogram if the horizontal dimension is not wide enough. Nonetheless, even in this case, the existence of inhomogeneity can be inferred by the reflection or transmission event of Rayleigh wave. The results can be expected to provide insights on the behavior of Rayleigh wave which may be helpful for designating field work or new processing scheme to detect near surface inhomogeneity by surface wave method.
This study investigates the transition of flows in a natural convection problem with periodic wall temperatures of the form, T/sub L/=T₁+δ Tsinκχ and T/sub L/=T₂+δ Tsinκχ .The fluid considered is air with P/sub γ/=0.7. In the conduction-dominated regime with a small Rayleigh number, two large cells are formed over one wave length, for all wave numbers. When k≤1.8, the flow becomes unstable with increase of the Rayleigh number, and multicellular convection occurs above a critical Rayleigh number. The flow patterns are classified by the number of eddies over one wave length, and several kinds of transition phenomena, such as 2→3→4, 4→3→2, and 2→4 eddy flow, occur with increase( or decrease) of the Rayleigh number. Dual solutions are found above a critical Rayleigh number, and an anomalous bifurcation is observed.
The present work is considered to study the two-dimensional problem in an orthotropic magneto-thermoelastic media and examined the effect of thermal phase-lags and GN-theories on Rayleigh waves in the light of fractional order theory with combined effect of rotation and hall current. The boundary conditions are used to derive the secular equations of Rayleigh waves. The wave properties such as phase velocity, attenuation coefficient are computed numerically. The numerical simulated results are presented graphically to show the effect of phase-lags and GN-theories on the Rayleigh wave phase velocity, attenuation coefficient, stress components and temperature change. Some particular cases are also discussed in the present investigation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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