We proposed to use shear waves instead of longitudinal waves in a STAM (scanning tomographic acoustic microscope system) in which the specimens are solid. For any specimen with a shear modulus, mode conversion will take place at the water-solid interface. Some of the energy of the insonifying longitudinal waves in the water will convert to shear wave energy within the specimen. The shear wave energy is detectable and can be used for tomographic reconstruction. The resolution limitation of STAM depends on the available angular view and the acoustic wavelength. While wave transmission in most solid specimens is limited to about 20°for longitudinal waves, we show that it is about twice that high for shear waves. Since the wavelength of the shear wave is shorter than that of the longitudinal wave, we are able to achieve the high resolution. In order to compare the operation of a shear-wave STAM with that of the conventional longitudinal-wave STAM we have simulated tomographic reconstruction for each. Our simulation results with aluminum specimen and back-and-forth propagation algorithm showed resolution of a shear-wave STAM is better than that of a longitudinal-wave STAM.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.23
no.3
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pp.191-199
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2019
To calculate proper seismic design load and seismic design category, the exact site class for construction site is required. At present, the average shear-wave velocity for multi-layer soil deposits is calculated by the sum of shear-wave velocities without considering of vertical relationship of the strata. In this study, the transfer function for the multi-layered soil deposits was reviewed on the basis of the wave propagation theory. Also, the transfer function was accurately verified by the finite element model and the eigenvalue analysis. Three methods for site period estimation were evaluated. The sum of shear-wave velocities underestimated the average shear-wave velocities of 526 strata with large deviations. The equation of Mexican code overestimated the average shear-wave velocities. The equation of Japanese code well estimated the average shear-wave velocities with small deviation.
In this paper, the effect of impulsive line on the propagation of shear waves in non-homogeneous elastic layer is investigated. The rigidity and density in the intermediate layer is assumed to vary quadratic as functions of depth. The dispersion equation is obtained by using the Fourier transform and Green's function technique. The study ends with the mathematical calculations for transmitted wave in the layer. These equations are in complete agreement with the classical results when the non-homogeneity parameters are neglected. Various curves are plotted to show the effects of non-homogeneities on shear waves in the intermediate layer.
This paper focuses on vibration analysis of functionally graded cylindrical shell submerged in an incompressible fluid. The equation is established considering axial and lateral hydrostatic pressure based on first order shear deformation theory of shell motion using the wave propagation approach and classic Fl$\ddot{u}$gge shell equations. To study accuracy of the present analysis, a comparison carried out with a known data and the finite element package ABAQUS. With this method the effects of shell parameters, m, n, h/R, L/R, different boundary conditions and different power-law exponent of material of functionally graded cylindrical shells, on the frequencies are investigated. The results obtained from the present approach show good agreement with published results.
In This work an analysis of the propagation of waves of functionally graduated plates is presented by using a high order hyperbolic (HSDT) shear deformation theory. This theory has only four variables, which is less than the theory of first order shear deformation (FSDT). Therefore, a shear correction coefficient is not required. Unlike other conventional shear deformation theories, the present work includes a new field of displacement which introduces indeterminate integral variables. The properties of materials are supposed classified in the direction of the thickness according to two simple distributions of a power law in terms of volume fractions of constituents. The governing equations of the wave propagation in the functionally graded plate are derived by employing the Hamilton's principle. The analytical dispersion relation of the functionally graded plate is obtained by solving an eigenvalue problem. The convergence and the validation of the proposed theoretical numerical model are performed to demonstrate the efficacy of the model.
This paper presents an analytical study of wave propagation in simply supported graduated functional plates resting on a two-parameter elastic foundation (Pasternak model) using a new theory of high order shear strain. Unlike other higher order theories, the number of unknowns and governing equations of the present theory is only four unknown displacement functions, which is even lower than the theory of first order shear deformation (FSDT). Unlike other elements, the present work includes a new field of motion, which introduces indeterminate integral variables. The properties of the materials are assumed to be ordered in the thickness direction according to the two power law distributions in terms of volume fractions of the constituents. The wave propagation equations in FG plates are derived using the principle of virtual displacements. The analytical dispersion relation of the FG plate is obtained by solving an eigenvalue problem. Numerical examples selected from the literature are illustrated. A good agreement is obtained between the numerical results of the current theory and those of reference. A parametric study is presented to examine the effect of material gradation, thickness ratio and elastic foundation on the free vibration and phase velocity of the FG plate.
A high-order nonlocal strain gradient model is developed for wave propagation analysis of porous FG nanoplates resting on a gradient hybrid foundation in thermal environment, for the first time. Material properties are assumed to be temperature-dependent and graded in the nanoplate thickness direction. To consider the thermal effects, uniform, linear, nonlinear, exponential, and sinusoidal temperature distributions are considered for temperature-dependent FG material properties. On the basis of the refined-higher order shear deformation plate theory (R-HSDT) in conjunction with the bi-Helmholtz nonlocal strain gradient theory (B-H NSGT), Hamilton's principle is used to derive the equations of wave motion. Then the dispersion relation between frequency and wave number is solved analytically. The influences of various parameters (such as temperature rise, volume fraction index, porosity volume fraction, lower and higher order nonlocal parameters, material characteristic parameter, foundations components, and wave number) on the wave propagation behaviors of porous FG nanoplates are investigated in detail.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.8
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pp.1931-1939
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1993
The wave propagation characteristics of laminated composites subjected to a transverse high-velocity impact of a steel ball is investigated. For this purpose, high-velocity impact experiments were conducted to obtain the strain response histories, and a finite element analysis based on the higher-order shear deformation theory in conjunction with the static contact law is used. Test materials for investigation are glass/epoxy laminated composite materials with $[0^{\circ}/45^{\circ}/0^{\circ}/-45^{\circ}]_{2s}$ and $[90^{\circ}/-45^{\circ}/90^{\circ}-45^{\circ}/90^{\circ}]_{2s}$ stacking sequences. As a result, the strain responses obtained from the experiments represented the wave propagation characteristics in the transversely impact, also the wave propagation velocities obtained from high-velocity impact experiments and wave propagation theory agree well.
Mohammad Hosseini;Parisa Chahargonbadizade;Mohammadreza Mofidi
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.4
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pp.335-354
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2023
In this study, analysis of wave propagation characteristics for functionally graded carbon nanotube-reinforced composite (FG-CNTRC) nanoplates is performed using first-order shear deformation theory (FSDT) and nonlocal strain gradient theory. Uniform distribution (UD) and three types of functionally graded distributions of carbon nanotubes (CNTs) are assumed. The effective mechanical properties of the FG-CNTRC nanoplate are assumed to vary continuously in the thickness direction and are approximated based on the rule of mixture. Also, the governing equations of motion are derived via the extended Hamilton's principle. In numerical examples, the effects of nonlocal parameter, wavenumber, angle of wave propagation, volume fractions, and carbon nanotube distributions on the wave propagation characteristics of the FG-CNTRC nanoplate are studied. As represented in the results, it is clear that the internal length-scale parameter has a remarkable effect on the wave propagation characteristics resulting in significant changes in phase velocity and natural frequency. Furthermore, it is observed that the strain gradient theory yields a higher phase velocity and frequency compared to those obtained by the nonlocal strain gradient theory and classic theory.
The nondestructive internal quality evaluation of agricultural products has been strongly required from the needs for individual inspection. In recent, ultrasonic wave has been considered as a solution for this problem. It transmit well through most materials and can handle safely and easily. However, specially in a watermelon, it is known that general frequency band (higher than 20kHz) ultrasonic waves do not transmitted well due to severe attenuation. The objectives of this study were to find out the proper waveform and frequency of the ultrasonic waves that transmit well inside the watermelon, and to analyze the transmitted waveform in order to make clear the structure of wave propagation in watermelon. The result of several experiments showed that 2kHz shear wave was the most suitable for the detection of internal cavity in the watermelon. Also, it was found that the surface wave did not influence the directly transmitted bulk wave. These results could be a basis of application of ultrasonic wave on the evaluation of internal quality of the watermelon.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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