Acoustic nonlinearity of surface waves is an effective method to evaluate the micro damage on the surface of materials. In this method, the $A_1$ (magnitude of the fundamental wave) and $A_2$ (magnitude of the second-order harmonic wave) are measured for evaluation of acoustic nonlinearity. However, if there is another source of second-order harmonic wave other than the material itself, the linear relationship between $A_1{^2}$ and $A_2$ will not be guaranteed. Therefore, the second-order harmonic generation by another source should be fully suppressed. In this paper, we investigated the initial second-order harmonic generation in narrowband surface waves by multi-line laser beams. The spatial profile of laser beam was considered in the cases of Gaussian and square-like. The temporal profile was assumed to be Gaussian. In case of Gaussian spatial profile, the generation of the initial second-order harmonic wave was inevitable. However, when the spatial profile was square-like, the generation of the initial second-order harmonic wave was able to be fully suppressed at specific duty ratio. These results mean that the multi-line laser beams of square-like profile with a proper duty ratio are useful to evaluate the acoustic nonlinearity of the generated surface waves.
Piezoelectric materials have been widely used in ultrasonic nondestructive testing (NDT). PZT ceramics can be used to receive and generate surface acoustic waves. It is a common application to attach PZT transducers to the surface of structures for detecting cracks in nondestructive testing. However, not until recently have piezoelectric polymers attracted more and more attention to be the material for interdigitated (IDT) surface and guided-wave transducers. In this paper, an interdigitated gold-on-polyvinylidene fluoride (PVDF) transducer for actuating and sensing Lamb waves has been introduced. A specific etching technology is employed for making the surface electrodes into a certain finger pattern, the spacings of which yield different single mode responses of Lamb waves. Experiments have been performed on steel and carbon fiber composite plates. Results from PVDF IDT sensors have been compared with those from PZT transducers for verification.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제27권5호
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pp.590-599
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2003
In this study. object transport method based on ultrasonic flexural vibration is presented. Ultrasonic vibration generates ultrasonic traveling waves on the surface of elastic medium. Objects are transported through the interaction with traveling waves propagating in medium. Two types of transport methods are studied: frictional drive and acoustic levitation. With frictional drive, objects are transported in contact with the beam in the opposite direction of wave propagation whereas with acoustic levitation, objects are acoustically levitated above the beam surface and transported in the wave propagation direction. Transport characteristics are experimentally investigated using objects of different shapes and sizes. The transition from acoustic levitation mode to frictional drive mode is also examined. and it is found to occur when the ratio of mass to area of an object exceeds the threshold ratio of mass to area. It is envisaged that this feasibility study will serve as a stepping-stone for ultrasonic vibration to become an effective industrial material handling device in the future.
The present study investigates on the experimental and numerical results of heat transfer in the acoustic fields induced by ultrasonic waves. The strong upwards flow which moves from the bottom surface in a cavity to the free surface called as "acoustic streaming" was visualized by a particle image velocimetry (PIV). In addition, the augmentation ratio of heat transfer was experimentally investigated in the presence of acoustic streaming and was compared with the profiles of acoustic pressure calculated by the numerical analysis. A coupled finite element-boundary element method (FE-BEM) was applied for a numerical analysis. The results of experimental and numerical studies clearly show that acoustic pressure variations caused by ultrasonic waves in a medium are closely related to the augmentation of heat transfer.
The characteristics of elastic waves emanated from crack initiation in 6061 aluminum alloy subjected to fatigue loading are investigated through experiments. The objective of the study is to determine the differences in the properties of the signals generated from fatigue test and also to examine if the sources of the waves could be identified from the temporal and spectral characteristics of the acoustic emission (AE) waveforms. The signals are recorded using nonresonant, flat, broadband transducers attached to the surface of the alloy specimens. The time dependence and power spectra of the signals recorded during the tests were examined and classified according to their special features. Six distinct types of signals were observed. The waveforms and their power spectra were found to be dependent on the crack propagation stage and the type of fracture associated with the signals. The potential application of the approach in health monitoring of structural components using a network of surface mounted broadband sensors is discussed.
Surface acoustic wave(SAW) oscillator offers many attractive features for application to vapor sensors. The perturbation of SAW velocity by the hexafluoropropence plasma polymer thin film has been studied for relative humidity sensing. adsorption of moisture produces rapid aid changes in the properties of the film, resulting in a change in the velocity of surface acoustic waves and, hence, in the frequency of one SAW oscillator. The device used in our experiments have 55 MHZ SAW oscillator fabricated on a LiNbO substrate.
This paper analyses the transient response of a spherical elastic shell located near fee surface and impinged by spherical step-exponential acoustic shock waves. The problem is solved through extension of a method (Huang, 1969) previously formulated for the excitation in an infinite domain, which employs the classical separation of variables, series solutions, and Laplace transform technique The effect of the free surface reflection is taken into account using the image source method. The reflection of the incident wave has been treated by the same image formulation. If the reflection of the pressure field scattered and radiated by the shell is considered, the problem becomes that of multiple scattering by two spheres. However, this is in general negligible considering errors inherent from other sources and that the scattered and radiated pressure waves emanating from the shell are small. Thus, the problem is reduced to that of a structure immersed in an infinite fluid and impinged upon the origin and the image incident.
This paper deals with the dispersion relation of the waves sustained in a cylindrical shell submerged in the fluid. The waveguide finite method and the boundary element method are used to predict the dispersion characteristic of the cylindrical shell. The dispersion diagram of the cylinder is estimated from the eigenvalue problem and the forced vibration response. It follows that the water-loading leads to the decrease of the cut-on frequencies and the phase speeds of the bending waves. On the contrary, the longitudinal waves and the torsional waves are hardly affected by the fluid, and therefore the order of the cut-on frequencies of the waves is changed. The acoustic dispersion diagram is also estimated from the forced acoustic response to identify the characteristics of the wave radiated to the fluid. It follows that the acoustic waves on and near the surface of the cylinder are the same as those in the structure. But at the far field the acoustic waves caused by subsonic waves e.g., the bending waves disappear as the increase of the distance. Conclusively, the characteristics of waves in cylindrical shells are significantly affected by water-loading in terms of the cut-on frequency, the wave speed, the order of the cut-on and radiation.
Nonlinear harmonic waves generated at cracked interfaces are investigated both experimentally and theoretically. A compact tension specimen is fabricated and the amplitude of transmitted wave is analyzed as a function of position along the fatigued crack surface. In order to measure as many nonlinear harmonic components as possible a broadband Lithium Niobate ($LiNbO_3$) transducers are employed together with a calibration technique for making absolute amplitude measurements with fluid-coupled receiving transducers. Cracked interfaces are shown to generate high acoustic nonlinearities which are manifested as harmonies in the power spectrum of the received signal. The first subharmonic (f/2) and the second harmonic (2f) waves are found to be dominant nonlinear components for an incident toneburst signal of frequency f. To explain the observed nonlinear behavior a partially closed crack is modeled by planar half interfaces that can account for crack parameters such as crack opening displacement and crack surface conditions. The simulation results show reasonable agreements with the experimental results.
본 연구의 목적은 비접촉식 레이저 여기 표면파의 비선형성 계측을 통하여 소성 변형된 알루미늄 합금의 소성변형을 평가하고자 하는 데 있다. 슬릿마스크와 고출력 펄스 레이저를 통한 선배열 레이저빔을 이용하여 협대역의 표면파를 발생 시켰으며, 표면파의 음향 비선형 특성을 이용하기 위하여 슬릿 마스크의 열림 폭과 간격을 변화시킴으로써 레이저 여기 표면파의 주파수 특성을 제어하였다. 스트로크 제어를 통한 인장시험을 통하여 단계별 인장 소성변형 정도를 달리하는 시험편을 제작하였다. 실험결과 인장 소성 변형율이 커짐에 따라 음향 비선형 파라미터는 증가하였으며, 경도 및 EBSD 측정결과 손상의 정도와 매우 밀접한 관계를 보였다. 결과적으로 본 연구에서의 레이저 여기 표면파의 비선형 평가기법은 알루미늄 합금의 소성변형 평가에 매우 유용할 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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