Guided-wave propagation of sub-ps terahertz (THz) pulses in a highly birefringent plastic photonic crystal fiber has been experimentally demonstrated. The fabricated fibers have exhibited an extremely high birefringence of ${\sim}0.021$ at 0.3 THz.
In this paper a damage imaging technique using pre-stack migration is developed using Lamb (guided) wave propagation in composite structures for imaging multi damages by both numerical simulations and experimental studies. In particular, the paper focuses on the experimental study using a finite number of sensors for future practical applications. A composite laminate with a surface-mounted linear piezoelectric ceramic (PZT) disk array is illustrated as an example. Two types of damages, one straight-crack damage and two simulated circular-shaped delamination damage, have been studied. First, Mindlin plate theory is used to model Lamb waves propagating in laminates. The group velocities of flexural waves in the composite laminate are also derived from dispersion relations and validated by experiments. Then the pre-stack migration technique is performed by using a two-dimensional explicit finite difference algorithm to back-propagate the scattered energy to the damages and damages are imaged together with the excitation-time imaging conditions. Stacking these images together deduces the resulting image of damages. Both simulations and experimental results show that the pre-stack migration method is a promising method for damage identification in composite structures.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.35
no.1
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pp.46-51
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2015
Stainless steel is a popular structural materials for liquid-hydrogen storage containers and piping components for transporting high-temperature fluids because of its superior material properties such as high strength and high corrosion resistance at elevated temperatures. In general, tungsten inert gas (TIG) arc welding is used for bonding stainless steel. However, it is often reported that the thermal fatigue cracks or initial defects in stainless steel after welding decreases the reliability of the material. The objective of this paper is to clarify the characteristics of ultrasonic guided wave propagation in relation to a change in the initial crack length in the welding zone of stainless steel. For this purpose, three specimens with different artificial defects of 5 mm, 10 mm, and 20 mm in stainless steel welds were prepared. By considering the thickness of s stainless steel pipe, special attention was given to both the L(0,1) mode and L(0,2) mode in this study. It was clearly found that the L(0,2) mode was more sensitive to defects than the L(0,1) mode. Based on the results of the L(0,1) and L(0,2) mode analyses, the magnitude ratio of the two modes was more effective than studying each mode when evaluating defects near the welded zone of stainless steel because of its linear relationship with the length of the artificial defect.
Ji, Qing;Ho, Michael;Zheng, Rong;Ding, Zhi;Song, Gangbing
Smart Structures and Systems
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v.15
no.1
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pp.135-150
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2015
Large concrete structures are prone to cracks and damages over time from human usage, weathers, and other environmental attacks such as flood, earthquakes, and hurricanes. The health of the concrete structures should be monitored regularly to ensure safety. A reliable method of real time communications can facilitate more frequent structural health monitoring (SHM) updates from hard to reach positions, enabling crack detections of embedded concrete structures as they occur to avoid catastrophic failures. By implementing an unconventional mode of communication that utilizes guided stress waves traveling along the concrete structure itself, we may be able to free structural health monitoring from costly (re-)installation of communication wires. In stress-wave communications, piezoelectric transducers can act as actuators and sensors to send and receive modulated signals carrying concrete status information. The new generation of lead zirconate titanate (PZT) based smart aggregates cause multipath propagation in the homogeneous concrete channel, which presents both an opportunity and a challenge for multiple sensors communication. We propose a time reversal based pulse position modulation (TR-PPM) communication for stress wave communication within the concrete structure to combat multipath channel dispersion. Experimental results demonstrate successful transmission and recovery of TR-PPM using stress waves. Compared with PPM, we can achieve higher data rate and longer link distance via TR-PPM. Furthermore, TR-PPM remains effective under low signal-to-noise (SNR) ratio. This work also lays the foundation for implementing multiple-input multiple-output (MIMO) stress wave communication networks in concrete channels.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.24
no.1
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pp.15-21
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2004
It is possible to detect flaws in pipelines without interruption using all EMAT transducer because it is a non-contact transducer which can transmit ultrasonic waves into specimens without couplant. And it ran easily generate guided waves desired in each specific problem by altering the design of coil and magnet. In the present work, EMAT systems have been fabricated to generate surface waves, and selectively the plate wave of $A_1\;or\;S_1$ mode. The surface wave of 1.5MHz showed a good signal-to-noise ratio without distortion in its propagation along a pipeline, while the $S_1$ mode of 800kHz and the $A_1$ mode of 940kHz were distorted according to their dispersive properties. The wider the excitation pulse becomes, the better the mode selectivity of the plate waves becomes. A pipe of 256mm inner diameter and 5.5m thickness with 5 flaws was used for comparing the flaw detectability among the modes under consideration.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.5A
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pp.421-431
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2009
This paper is the study on the verification of structural health monitoring (SHM) algorithm based on the ultrasonic guided wave. An active inspection system using Lamb wave (LW) for SHM was considered. The basic study about the application of this algorithm was performed for detecting the circular notch defect in steel plate. LW testing technique, pitch-catch method, was used for interpretation of circular notch defect with depth of 50% of plate thickness and 7 mm width. Damage characterization takes place by comparing $S_0$ mode sensor signals collected before and after the damage event. By subtracting the signals of both conditions from each other, a scatter signal is produced which can be used for damage localization. The continuous Gabor wavelet transform is used to attain the time between the arrivals of the scatter and sensor signals. A new practical damage monitoring algorithm, based on damage monitoring polygon and pitch-catch method, has been proposed and verified with good accuracy. The possible damage location can be estimated by the average on calculated location points and the damage extent by the standard deviation.
Ji, Won-Soo;Kim, Dae-Chan;Lee, Seung-Gol;O, Beom-Hoan;Lee, El-Hang
Korean Journal of Optics and Photonics
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v.13
no.4
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pp.301-307
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2002
The propagation characteristic of an optical waveguide was investigated by measuring with a near-field scanning optical microscope (NSOM) the evanescent field formed at the neighbor of its core-cladding interface. For this purpose, the NSOM system was developed specially as a form of Photon scanning tunneling microscope. The evanescent field distributions of several channel waveguides were measured at the wavelength of 1550 ㎚, and the usefulness of the system was verified by comparing experimental results with simulation results. In particular, the interference phenomena of the guided modes during their propagation along a multimode channel waveguide could be observed directly from the measured evanescent field distribution.
Structural Health Monitoring (SHM) has been attracting numerous research efforts around the world because it targets at monitoring structural conditions and performance to prevent catastrophic failure, and to provide quantitative data for engineers and infrastructure owners to design a reliable and economical asset management strategy. In the past decade, with supports from Australian Research Council (ARC), Cooperative Research Center for Infrastructure and Engineering Asset Management (CIEAM), CSIRO and industry partners, intensive research works have been conducted in the School of Civil, Environmental and Mining Engineering, University of Western Australia and Centre for Infrastructural Monitoring and Protection, Curtin University on various techniques of SHM. The researches include the development of hardware, software and various algorithms, such as various signal processing techniques for operational modal analysis, modal analysis toolbox, non-model based methods for assessing the shear connection in composite bridges and identifying the free spanning and supports conditions of pipelines, vibration based structural damage identification and model updating approaches considering uncertainty and noise effects, structural identification under moving loads, guided wave propagation technique for detecting debonding damage, and relative displacement sensors for SHM in composite and steel truss bridges. This paper aims at summarizing and reviewing the recent research advances on SHM of civil infrastructure in Western Australia.
We proposed and studied an all-optical switching device made of a bent nonlinear waveguide and an all-optical logic gate made of a bent nonlinear Y-junction. The proposed devices as switch and a logic function are based on the evolution of nonlinear guided wave along a bent nonlinear waveguide. Since the characteristics of beam propagation depens on the nonlinearity, input power and bent angle of waveguide, the characteristics of output power transmission is calculated by variation the such parameters. Furthermore, by calculating the output power through the nonlinear media with different positions of detector in nonlinear media, we could find the ideal digital switching performance at specific position of detector and implement several all-optical logic functions (AND, OR, XOR) by power contrast between waveguide end and nonlinear media.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.21
no.4
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pp.398-405
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2001
The rivet joint has typical structural feature that can be initiation site for the fatigue crack due to the combination of local stress concentration around rivet hole and the moisture trapping. From a viewpoint of structural assurance, it is crucial to evaluate the size of crack around the rivet holes by appropriate nondestructive evaluation techniques. Lamb wave that is one of guided waves, offers a more efficient tool for nondestructive inspection of plates. The neural network that is considered to be the most suitable for pattern recognition has been used by researchers in NDE field to classify different types of flaws and flaw sizes. In this study, clack size evaluation around the rivet hole using the neural network based on the back-propagation algorithm has been tarried out by extracting some features from the ultrasonic Lamb wave for A12024-T3 skin panel of aircraft. Special attention was paid to reduce the coupling effect between the transducer and the specimen by extracting some features related to time md frequency component data in ultrasonic waveform. It was demonstrated clearly that features extracted from the time and frequency domain data of Lamb wave signal were very useful to determine crack size initiated from rivet hole through neural network.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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