Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.4
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pp.257-263
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2019
Multilayered structures include lamination by relatively thick plies and thin interlayers. For efficient peridynamic analysis of dynamic fracturing multilayered structures, the interlayer is modeled using ghost peridynamic particles while the ply is formulated via real peridynamics. With the nonlocal ghost interlayer, one may keep the discretization resolution low for the ply. In this study, the characteristics of dynamic wave propagation through the nonlocal ghost interlayer in peridynamic analysis are investigated. It is observed that the interlayer not only binds adjacent plies, but also significantly influences energy transfer between plies, and thereby their deformation and motion. In addition, near a surface or boundary, peridynamic particles do not have a full nonlocal neighborhoods. This causes the effective material properties near the surface to be different from those in the bulk. Surface correction based on neighborhood volumes is employed. The impact of surface correction on wave propagation in multilayered structures is investigated.
A rotational pulse-echo ultrasonic propagation imager that can inspect cylindrical specimens for material nondestructive evaluations is proposed herein. In this system, a laser-generated ultrasonic bulk wave is used for inspection, which enables a clear visualization of subsurface defects with a precise reproduction of the damage shape and size. The ultrasonic waves are generated by a Q-switched laser that impinges on the outer surface of the specimen walls. The generated waves travel through the walls and their echo is detected by a Laser Doppler Vibrometer (LDV) at the same point. To obtain the optimal Signal-to-Noise Ratio (SNR) of the measured signal, the LDV requires the sensed surface to be at a right angle to the laser beam and at a predefined constant standoff distance from the laser head. For flat specimens, these constraints can be easily satisfied by performing a raster scan using a dual-axis linear stage. However, this arrangement cannot be used for cylindrical specimens owing to their curved nature. To inspect the cylindrical specimens, a circular scan technology is newly proposed for pulse-echo laser ultrasound. A rotational stage is coupled with a single-axis linear stage to inspect the desired area of the specimen. This system arrangement ensures that the standoff distance and beam incidence angle are maintained while the cylindrical specimen is being inspected. This enables the inspection of a curved specimen while maintaining the optimal SNR. The measurement result is displayed in parallel with the on-going inspection. The inspection data used in scanning are mapped from rotational coordinates to linear coordinates for visualization and post-processing of results. A graphical user interface software is implemented in C++ using a QT framework and controls all the individual blocks of the system and implements the necessary image processing, scan calculations, data acquisition, signal processing and result visualization.
Interfacial pressure jump terms based on the physics of phasic interface and bubble dynamics are introduced into the momentum equations of the two-fluid model for bubbly flow. The pressure discontinuity across the phasic interface due to the surface tension force is expressed as the function of fluid bulk moduli and bubble radius. The consequence is that we obtain from the system of equations the real eigenvalues representing the void-fraction propagation speed and the pressure wave speed in terms of the bubble diameter. Inversely, we obtain an analytic closure relation for the radius of bubbles in the bubbly flow by using the kinematic wave speed given empirically in the literature. It is remarkable to see that the present mechanistic model using this practical bubble radius can indeed represent both the mathematical well-posedness and the physical wave speeds in the bubbly flow.
An analysis of dynamic responses is carried out on monoclinic anisotropic system due to a buried harmonic line source. The load is in the form of a normal stress acting along an arbitrary axis on the plane of symmetry within the orthotropic materials: In case that the line load is acting along the symmetry axis normal to the plane of symmetry, plane wave equation is coupled with verital shear wave and longitudinal wave. However, if the line load is acting along an arbitrary axis normal to the plane of symmetry, plane wave equation is coupled with vertical shear wave, longitudinal wave and horizontal shear wave. We first considered the equation of motion in a reference coordinate system, where the line load is coincident with a symmetry axis of the orthotropic material. Then the equation of motion is transformed into one with respect to general coordinate system with azimuthal angle by using transformation tensor. Plane wave solutions of monoclinic systems are derived for infinite media. Finally complete solutions for the plane harmonic wave are obtained by calculating the inverse of the integral transforms, in which bulk wave poles are avoided by deforming the contour of the integration to the complex plane. Numerical results for examples of orthotropic material belonging to monoclinic symmetry are demonstrated.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.29
no.4
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pp.344-350
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2009
The goal of this study is to introduce the theoretical background of acoustic nonlinearity in surface wave and to verify its characteristics by experiments. It has been known by theory that the nonlinear parameter of surface wave is proportional to the ratio of $2^{nd}$ harmonic amplitude and the power of primary component in the propagated surface wave, as like as in bulk waves. In this paper, in order to verify this characteristics we constructed a measurement system using contact angle beam transducers and measured the nonlinear parameter of surface wave in an Aluminum 6061 alloy block specimen while changing the distance of wave propagation and the input amplitude. We also considered the effect of frequency-dependent attenuation to the measurement of nonlinear parameter. Results showed good agreement with the theoretical expectation that the nonlinear parameter should be independent on the input amplitude and linearly dependent on the input amplitude and the $2^{nd}$ harmonic amplitude is linearly dependant on the propagation distance.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.8
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pp.957-964
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2011
This investigation presents a finite element method to obtain the transmission properties of bulk elastic waves in piezoelectric band gap structures(phonon crystals) for varying frequencies and modes. To this end, periodic boundary conditions are imposed on a three-dimensional model while both in-plane and out-of-plane modes are included. In particular, the mode decoupling characteristics between in-plane and out-of-plane modes are identified for each electric poling direction and the results are incorporated in the finite element modeling. Through numerical simulations, the proposed modeling method was found to be a useful, effective one for analyzing the wave characteristics of various types of piezoelectric phononic band gap structures.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics
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v.20
no.6
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pp.52-57
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1983
We report a theoretical study on wave propagation in magneto-optic thin-film waveguides. The field distribution and phase velocity of the guided hybrid modes are analyzed in terms of the phase difference of basic system modes and the Faraday rotation of the magneto-optic thin film. Splitting of the phase constant curves due to the F araday rotation is discussed. The present hybridmode analysis leads to a conversion matrix which shows that the distance dependence of the mode conversion in the guide is different from that in the bulk medium.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.23
no.2
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pp.167-175
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2013
The wave propagation characteristics of an acoustic metamaterial composed of periodically repeated one-dimensional Helmholtz resonator array was investigated considering the effects of dimensional changes of the resonator geometry on the transmission coefficient and band gap. The effective impedance and transmission coefficient of the acoustic metamaterials are obtained based on the acoustic transmission line method. The designed acoustic metamaterials exhibit band gaps and negative bulk modulus that are non-existent properties in the nature. The band gap of the acoustic metamaterial is strongly dependent on the geometry parameters of Helmholtz resonators and lattice spacing. Also, a new type of metamaterial that is periodically constructed with two different resonators was designed to open the local resonance band gap without change of Bragg scattering.
Acoustic characteristics of a sound absorbing material can be identified, if the characteristic impedance and propagation constants are known, which have generally been determined experimentally. One easy method determining these two essential parameters is to measure the one dimensional wave characteristics in the impedance tube. In th udy, the effects of backing conditions on the impedance tube measurement have been examined using several pairs of generally used end conditions. The results showed that the measured values are similar for most pairs of end conditions: however, it was observed that the measured characteristic impedance for different thickness did not agree well for some pairs. In this work, the multi termination method, using three or more known backing con ns, was suggested to reduce such random errors, which are mostly caused by the test procedure. Employing three terminations as a set, comprised of a rigid end, an end with porous material, and an end with a backing cavity, it was demonstrated that improved measured results could be obtained for an open cell PU foam varying widely with three different thicknesses.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2013.04a
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pp.842-848
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2013
Developments of Solid-State Gyroscopy during last decades are impressive and were based on thin-walled shell resonators like HRG or CRG made from fused quartz or leuko-sapphire. However, a number of design choices for inertial-grade gyroscopes, which can be used for high-g applications and for mass- or middle-scale production, is still very limited. So, considerations of fundamental physical effects in solids that can be used for development of a miniature, completely solid-state, and lower-cost sensor look urgent. There is a variety of different types of bulk acoustic (elastic) waves (BAW) in anisotropic solids. Shear waves with different variants of their polarization have to be studied especially carefully, because shear sounds in glasses and crystals are sensitive to a turn of the solid as a whole, and, so, they can be used for development of gyroscopic sensors. For an isotropic medium (for a glass or a fine polycrystalline body), classic Lame's theorem (so-called, a general solution of Elasticity Theory or Green-Lame's representation) has been modified for enough general case: an elastic medium rotated about an arbitrary set of axes. Travelling, standing, and mixed shear waves propagating in an infinite isotopic medium (or between a pair of parallel reflecting surfaces) have been considered too. An analogy with classic Foucault's pendulum has been underlined for the effect of a turn of a polarizational plane (i.e., an integration effect for an input angular rate) due to a medium's turn about the axis of the wave propagation. These cases demonstrate a whole-angle regime of gyroscopic operation. Single-crystals are anisotropic media, and, therefore, to reflect influence of the crystal's rotation, classic Christoffel-Green's tensors have been modified. Cases of acoustic axes corresponding to equal velocities for a pair of the pure-transverse (shear) waves have of an evident applied interest. For such a special direction in a crystal, different polarizations of waves are possible, and the gyroscopic effect of "polarizational precession" can be observed like for a glass. Naturally, formation of a wave pattern in a massive elastic body is much more complex due to reflections from its boundaries. Some of these complexities can be eliminated. However, a non-homogeneity has a fundamental nature for any amorphous medium due to its thermodynamically-unstable micro-structure, having fluctuations of the rapidly-frozen liquid. For single-crystalline structures, blockness (walls of dislocations) plays a similar role. Physical nature and kinematic particularities of several typical "drifts" in polarizational BAW gyros (P-BAW) have been considered briefly too. They include irregular precessions ("polarizational beats") due to: non-homogeneity of mass density and elastic moduli, dissymmetry of intrinsic losses, and an angular mismatch between propagation and acoustic axes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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