Previously, all-sky airglow images observed at Shigaraki ($34.9^{\circ}N$, $136.1^{\circ}E$), Japan, during 2004 and 2005 were analyzed in relation to those observed at Mt. Bohyun ($36.2^{\circ}N$, $128.9^{\circ}E$) for a comparison of their gravity wave characteristics (Kim et al. 2010). By applying the same selection criteria of waves and cloud coverages as in the case of Mt. Bohyun all-sky images, we derived apparent wavelengths, periods, phase velocities, and monthly occurrence rates of gravity waves at Shigaraki in this study. The distributions of wavelengths, periods, and speeds derived for Shigaraki were found to be roughly similar to those for Mt. Bohyun. However, the overall occurrence rates of gravity waves at Shigaraki were 36% and 34% for OI 557.7 nm and OH Meinel band airglow layers, respectively, which were significantly higher than those at Mt. Bohyun. The monthly occurrence rates did not show minima near equinox months, unlike those for Mt. Bohyun. Furthermore, the seasonal preferential directions that were clearly apparent for Mt. Bohyun were not seen in the wave propagation trends for Shigaraki. These differences between the two sites imply different origins of the gravity waves near the Korean peninsula and the Japanese islands. The gravity waves over the Japanese islands may originate from sources at various altitudes; therefore, wind filtering may not be effective in causing any seasonal preferential directions in the waves in the airglow layers. Our analysis of the Shigaraki data supports recent theoretical studies, according to which gravity waves can be generated from in situ sources, such as mesosphere wind shear or secondary wave formation, in the mesosphere.
This article presents a research study, with both laboratory and field tests, of a deep foundation in a markedly anisotropic medium. Particularly it has focused on the evaluation of the behavior of a pile, one meter in diameter, embedded in a rocky environment with difficult conditions, in the Flysch of the Spanish city of San Sebastián. To carry out the research, the site of a bridge over the Urumea River was chosen, which was supported by pre-excavated reinforced concrete piles. 4 borings were carried out, by the rotation and washing method, with continuous sampling and combined with flexible dilatometer tests. In the field, an Osterberg load test (O-cell) was performed, while in the laboratory, determinations of natural moisture, natural unit weight, uniaxial compressive strength (UCS), point load strength (PLS), compressive wave propagation velocity (Vc) and also triaxial and direct shear tests were carried out. The research results indicate the following: a) the empirical functions that correlate the UCS with the PLS are not always linear; b) for the studied Flysch it is possible to obtain empirical functions that correlate the UCS with the PLS and with the Vc; c) the bearing capacity of the studied Flysch is much greater than if it is evaluated by different load capacity theories; d) it is possible to propose an empirical function that allows evaluating the mobilized shear strength (τm), as a function of the UCS and the displacement relative of the pile (δr).
Fabrication of carbon fiber reinforced composites was carried out by hand lay-up method. Carbon nanofibers and SiC nanofibers were used as filler in the composites fabrication. Carbon nanofibers, one of the new carbon materials, have 5∼500 nm in diameter and 5-10 nm in length. SiC nanofibers were modified by silicon monoxide vapor with carbon nanofibers. The composites were carbonized at 1000$^{\circ}C$ in a nitrogen atmosphere, and then densified by molten pitches impregnated in vacuum. Multiple cycles of liquid pitch impregnation and carbonization were carried out to obtain a desired density. The composites were characterized by density, microstructure. The inter-laminar shear strength (ILSS) test was performed for mechanical properties. For the new application, the microwave reflective proeprty of composites was investigated. Dielectric constant and permeability spectrum were measured in 12∼18 GHz frequency ranges. On the basis of the wave propagation theory in a lossy media, the reflection loss from the composite inter-layer was predict as a function of frequency.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.9
no.2
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pp.25-36
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1989
This essay is a general review of the application of ultrasonic NDE techniques to the performance assessment and characterization of composite materials. A brief review of ultrasonic input-output characterization of a composite plate by shear waves is presented. A theoretical development of ultrasonic wave propagation in isotropic and anisotropic media excited, respectively, by a circular transducer and an oscillatory point source is summarized. Some experimental results are described in which ultrasonic velocity and attenuation measurements give insight into material degradation of fatigued composite laminates. Ultrasonic determination of the elastic constants of a composite plate and an experimental attempt at ultrasonic testing of an isotropic plate containing a crack are also included. A recent effort for the characterization of viscoelastic materials using the ultrasonic NDE technique is outlined. Finally, the reliability of ultrasonic NDE is briefly touched upon.
Digital simulation has recently become the preferred method for designing complex and dynamic systems. Simulation packages provide interactive, block-diagram environment for modeling and simulating dynamic models. The block diagrams in simulation models are flowcharts which describe the components of dynamic systems and their interaction. This paper is the first part of the study for determining the seismic behavior of soil systems. The aim of this part is to present the constructed block diagrams for discrete-time analysis of seismic site amplification in layered media for vertically propagating shear waves. Detailed block diagrams are constructed for single and multiple soil layers by considering wave propagation with and without damping, respectively. The block diagrams for recursive filter to model attenuation in discrete-time form are also constructed. Finite difference method is used for strain calculation. The block diagrams are developed by utilizing Simulink which is a software add-on to Matlab.
A study has been made on the fabrication of a dual mode(a longitudinal and shear mode) ultrasonic sensor using a single PZT piezoelectric ceramic element. We investigated the mechanism of the dual mode sensor that generated both of the longitudinal and the shear waves simultaneously with the single PZT element. Through the analysis of analytic wave propagation equations, all the possible crystal cuts have been examined to determine appropriate Euler transformation angles for efficient excitations of the dual modes. We studied the performance of a PZT element as a function of its rotation angle so that its efficiency is optimized to excite the two waves of equal strength. Experimental examination of the waveform on a delay line(STS303) setup confirms that the ultrasonic sensor can transmit and detect both longitudinal and shear waves simultaneously.
Numerical simulation in exploration geophysics provides important insights into subsurface wave propagation phenomena. Although elastic wave simulations take longer to compute than acoustic simulations, an elastic simulator can construct more realistic wavefields including shear components. Therefore, it is suitable for exploration of the responses of elastic bodies. To overcome the long duration of the calculations, we use a Graphic Processing Unit (GPU) to accelerate the elastic wave simulation. Because a GPU has many processors and a wide memory bandwidth, we can use it in a parallelised computing architecture. The GPU board used in this study is an NVIDIA Tesla C1060, which has 240 processors and a 102 GB/s memory bandwidth. Despite the availability of a parallel computing architecture (CUDA), developed by NVIDIA, we must optimise the usage of the different types of memory on the GPU device, and the sequence of calculations, to obtain a significant speedup of the computation. In this study, we simulate two- (2D) and threedimensional (3D) elastic wave propagation using the Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method on GPUs. In the wave propagation simulation, we adopt the staggered-grid method, which is one of the conventional FD schemes, since this method can achieve sufficient accuracy for use in numerical modelling in geophysics. Our simulator optimises the usage of memory on the GPU device to reduce data access times, and uses faster memory as much as possible. This is a key factor in GPU computing. By using one GPU device and optimising its memory usage, we improved the computation time by more than 14 times in the 2D simulation, and over six times in the 3D simulation, compared with one CPU. Furthermore, by using three GPUs, we succeeded in accelerating the 3D simulation 10 times.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1995.10a
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pp.15.2-22
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1995
Evaluating stiffness of near-surface materials has been one of the critically important tasks in many civil engineering works. It is the main goal of geotechnical characterization. The so-called deflection-response method evaluates the stiffness by measuring stress-strain behavior of the materials caused by static or dynamic load. This method, however, evaluates the overall stiffness and the stiffness variation with depth cannot be obtained. Furthermore, evaluation of a large-area geotechnical site by this method can be time-consuming, expensive, and damaging to many surface points of the site. Wave-propagation method, on the other hand, measures seismic velocities at different depths and stiffness profile (stiffness change with depth) can be obtained from the measured velocity data. The stiffness profile is often expressed by shear-wave (S-wave) velocity change with depth because S-wave velocity is proportional to the shear modulus. that is a direct indicator of stiffiiess. The crosshole and downhole method measures the seismic velocity by placing sources and receivers (geophones) at different depths in a borehole. Requirement of borehole installation makes this method also time-consuming, expensive, and damaging to the sites. Spectral-Analysis-of-Surface-Waves (SASW) method places both source and receivers at the surface, and records horizontally-propagating surface waves. Based upon the theory of surfacewave dispersion, the seismic velocities at different depths are calculated by analyzing the recorded surface-wave data. This method can be nondestructive to the sites. However, because only two receivers are used, the method requires multiple measurements with different field setups and, therefore, the method often becomes time-consuming and labor-intensive. Furthermore. the inclusion of noise wavefields cannot be handled properly, and this may cause the results by this method inaccurate. When multi-channel recording method is employed during the measurement of surface-waves, there are several benefits. First, usually single measurement is enough because multiple number (twelve or more) of receivers are used. Second, noise inclusion can be detected by coherency checking on the multi-channel data and handled properly so that it does not decrease the accuracy of the result. Third, various kinds of multi-channel processing techniques can be applied to f1lter unwanted noise wavefields and also to analyze the surface-wavefields more accurately and efficiently. In this way, the accuracy of the result by the method can be significantly improved. Fourth, the entire system of source, receivers, and recording-processing device can be tied into one unit, and the unit can be pulled by a small vehicle, making the survey speed very fast. In all these senses, multi-channel recording of surface waves is best suited for a routine method for geotechnical characterization in most of civil engineering works.
Flight vehicles such as wheel wells and bomb bays have many cavities. The flow around a cavity is characterized as an unsteady flow because of the formation and dissipation of vortices brought about by the interaction between the free stream shear layer and the internal flow of the cavity. The resonance phenomena can damage the structures around the cavity and negatively affect the aerodynamic performance and stability of the vehicle. In this study, a numerical analysis was performed for the cavity flows using the unsteady compressible three-dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equation with Wilcox's turbulence model. The Message Passing Interface (MPI) parallelized code was used for the calculations by PC-cluster. The cavity has aspect ratios (L/D) of 2.5 ~ 7.5 with width ratios (W/D) of 2 ~ 4. The Mach and Reynolds numbers are 0.4 ~ 0.6 and $1.6{\times}106$, respectively. The occurrence of oscillation is observed in the "shear layer and transient mode" with a feedback mechanism. Based on the Sound Pressure Level (SPL) analysis of the pressure variation at the cavity trailing edge, the dominant frequencies are analyzed and compared with the results of Rossiter's formula. The dominant frequencies are very similar to the result of Rossiter's formula and other experimental data in the low aspect ratio cavity (L/D = ~ 4.5). In the large aspect ratio cavity, however, there are other low dominant frequencies due to the leading edge shear layer with the dominant frequencies of the feedback mechanism. The characteristics of the acoustic wave propagation are analyzed using the Correlation of Pressure Distribution (CPD).
Hazem W. Tawadros;Mousa M. Farag;Sameh S.F. Mehanny
Earthquakes and Structures
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v.24
no.4
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pp.289-301
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2023
Developing a competent soil-bridge interaction model for the seismic analysis of piled foundation bridges is of utmost importance for investigating the seismic response and assessing fragility of these lifeline structures. To this end, ground motion histories are deemed necessary at various depths along the piles supporting the bridge. This may be effectively accomplished through time history analysis of a free-field standalone soil column extending from bedrock level to ground surface subjected to an input bedrock motion at its base. A one-dimensional site/ground response analysis (vide one-directional shear wave propagation through the soil column) is hence conducted in the present research accounting for the nonlinear hysteretic behavior of the soil stratum encompassing the bridge piled foundation. Two homogeneous soil profiles atop of bedrock have been considered for comparison purposes, namely, loose and dense sand. Analysis of the standalone soil column has been performed under a set of ten selected actual bedrock ground motions adopting a nonlinear time domain approach in an incremental dynamic analysis framework. Amplified retrieved PGA and maximum soil shear strains have been generally observed at various depths of the soil column when moving away from bedrock towards ground surface especially at large hazards associated with high (input) PGA values assigned at bedrock. This has been accompanied, however, by some attenuation of the amplified PGA values at shallower depths and at ground surface especially for the loose sand soil and particularly for cases with higher seismic hazards associated with large scaling factors of bedrock records.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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