In this paper we investigate the existence of SH-waves in fiber-reinforced layer placed over a heterogeneous elastic half-space. The heterogeneity of the elastic half-space is caused by the exponential variations of density and rigidity. As a special case when both the layers are homogeneous, our derived equation is in agreement with the general equation of Love wave. Numerically, it is observed that the velocity of SH-waves decreases with the increase of heterogeneity and reinforced parameters. The dimensionless phase velocity of SH-waves increases with the decreases of dimensionless wave number and shown through figures.
The changes of parameters of pressure and velocity of propagation of elastic pressure and shear waves in uniformly deformed solid compressible media are studied within the nonclassically linearized approach (NLA) of nonlinear elastodynamics to create a new theoretical basis of the geomechanical interpretation of various groups of geophysical observational and experimental data. The cases of small and large deformations are considered while their describing by various elastic potentials, i.e., problems considering the physical and geometric nonlinearity. Convenient analytical formulae are obtained to calculate the indicated parameters in the deformed isotropic media within the nonclassical linear and nonlinear solution in the NLA. Specific numerical experiments are conducted in case of overall compression of various materials. It is shown that the method (generally accepted in the studies of mechanics of standard constructional materials) of additional linearization (relative to the pressure parameter) in the basic correlations of the NLA introduces substantial quantitative and qualitative errors into the results at significant preliminary deformations. The influences of the physical and geometric nonlinearity on the studied characteristics of the medium are large in various materials and differ qualitatively. The contribution of nonlinear components to the values of the considered parameters prevails over linear components at large deformations. When certain critical values of compression deformations in the medium are achieved, elastic waves with actual velocity cannot propagate in it. The values of the critical deformations for pressure and shear waves differ within different elastic potentials and variants of the theory of initial deformations.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.36
no.2
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pp.138-148
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2016
Measurement of elastic constants is crucial for engineering aspects of predicting the behavior of materials under load as well as structural health monitoring of material degradation. Ultrasonic velocity measurement for material properties has been broadly used as a nondestructive evaluation method for material characterization. In particular, pulse-echo method has been extensively utilized as it is not only simple but also effective when only one side of the inspected objects is accessible. However, the conventional technique in this approach measures longitudinal and shear waves individually to obtain their velocities. This produces a set of two data for each measurement. This paper proposes a simultaneous sensing system of longitudinal waves and shear waves for elastic constant measurement. The proposed system senses both these waves simultaneously as a single overlapped signal, which is then analyzed to calculate both the ultrasonic velocities for obtaining elastic constants. Therefore, this system requires just half the number of data to obtain elastic constants compared to the conventional individual measurement. The results of the proposed simultaneous measurement had smaller standard deviations than those in the individual measurement. These results validate that the proposed approach improves the efficiency and reliability of ultrasonic elastic constant measurement by reducing the complexity of the measurement system, its operating procedures, and the number of data.
International Journal of Reliability and Applications
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v.5
no.1
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pp.1-13
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2004
It is recently well recognized that the technique for the one-sided stress wave velocity measurement in structural materials provides measurement in structural materials provides valuable information on the state of the material such as quality, uniformity, location of cracked or damaged area. This technique is especially effective to measure velocities of longitudinal and Rayleigh waves when access to only one surface of structure is possible. However, one of problems for one-sided stress wave velocity measurement is to get consistent and reliable source for the generation of elastic wave. In this study, the laser based surface elastic wave was used to provide consistent and reliable source for the generation of elastic wave into the materials. The velocities of creeping wave and Rayleigh wave in materials were measured by the one-sided technique using laser based surface elastic wave. These wave velocities were compared with bulk wave velocities such as longitudinal wave and shear wave velocities to certify accuracy of measurement. In addition, the mechanical properties such as poisson's ratio and specific modulus(E/p) were calculated with the velocities of surface elastic waves.
Ultrasonic guided wave testing is a very promising non-destructive testing method for rails, which is of great significance for ensuring the safe operation of railways. On the basis of the semi-analytical finite element (SAFE) method, a analytical model of 59R2 grooved rail was proposed, which is commonly used in the ballastless track of modern tram. The dispersion curves of ultrasonic guided waves in free rail and supported rail were obtained. Sensitivity analysis was then undertaken to evaluate the effect of rail elastic modulus on the phase velocity and group velocity dispersion curves of ultrasonic guided waves. The optimal guided wave mode, optimal excitation point and excitation direction suitable for detecting rail integrity were identified by analyzing the frequency, number of modes, and mode shapes. A sinusoidal signal modulated by a Hanning window with a center frequency of 25 kHz was used as the excitation source, and the propagation characteristics of high-frequency ultrasonic guided waves in the rail were obtained. The results show that the rail pad has a relatively little influence on the dispersion curves of ultrasonic guided waves in the high frequency band, and has a relatively large influence on the dispersion curves of ultrasonic guided waves in the low frequency band below 4 kHz. The rail elastic modulus has significant influence on the phase velocity in the high frequency band, while the group velocity is greatly affected by the rail elastic modulus in the low frequency band.
The present study investigates the propagation of shear waves in a composite structure comprised of imperfectly bonded piezoelectric layer with a micropolar half space. Piezoelectric layer is considered to be initially stressed. Micropolar theory of elasticity has been employed which is most suitable to explain the size effects on small length scale. The general dispersion equations for the existence of waves in the coupled structure are obtained analytically in the closed form. Some particular cases have been discussed and in one particular case the dispersion relation is in well agreement to the classical-Love wave equation. The effects of various parameters viz. initial stress, interfacial imperfection and micropolarity on the phase velocity are obtained for electrically open and mechanically free system. Numerical computations are carried out and results are depicted graphically to illustrate the utility of the problem. The phase velocity of the shear waves is found to be influenced by initial stress, interface imperfection and the presence of micropolarity in the elastic half space. The theoretical results obtained are useful for the design of high performance surface acoustic devices.
It follows from the basic principles of mechanics of deformable solids relating to the strength, stability and propagation of elastic waves that the Earth's inner core cannot exist in the form of a spherical structure in the assumed thermobaric conditions and calculation values of physico-mechanical parameters. Pressure level reaches a value that is significantly greater than the theoretical limit of medium strength in the model approximations at the surface of the sphere of the inner core. On the other hand, equilibrium state of the sphere is unstable on the geometric forming at much lower loads under the influence of the "dead" surface loads. In case of the action of "follower" loads, the assumed pressure value on the surface of the sphere is comparable with the value of the critical load of "internal" instability. In these cases, due to the instability of the equilibrium state, propagation of homogeneous deformations becomes uneven in the sphere. Moreover, the elastic waves with actual velocity cannot propagate in such conditions in solid medium. Violation of these fundamental conditions of mechanics required in determining the physical and mechanical properties of the medium should be taken into account in the integrated interpretations of seismic and laboratory (experimental) data. In this case, application of the linear theory of elasticity and elastic waves does not ensure the reliability of results on the structure and composition of the Earth's core despite compliance with the required integral conditions on the mass, moment of inertia and natural oscillations of the Earth.
In cells, the microtubules are surrounded by viscoelastic medium. Microtubules, though very small in size, perform a vital role in transportation of protein and in maintaining the cell shape. During performing these functions waves propagate and this propagation of waves has been investigated using nonlocal elastic theory. But the effect of surrounding medium was not taken into account. To fill this gap, this study considers the viscoelastic medium along with nonlocal elastic theory. The analytical formulas of the velocity of waves, and the results reveal that the presence of medium reduces the velocity. The axisymmetric and nonaxisymmetric waves are separately discussed. Furthermore, the results are compared with the results gained from the studies of free microtubules. The presence of medium around microtubules results in the increase of the flexural rigidity causing a significant decrease in radial wave velocity as compared to axial and circumferential wave velocities. The effect of viscoelastic medium is more obvious on radial wave velocity, to a lesser extent on torsional wave velocity and least on longitudinal wave velocity.
The propagation of elastic waves in soil is crucial in geotechnical and seismic engineering. Although soil is often assumed homogeneous, natural geomaterials like soil and rock possess inherent heterogeneity. This study uses FLAC 2D finite difference software to simulate wave propagation under different spatial variability parameters. Random field models and Monte Carlo methods were employed to generate random field data for soil parameters, reflecting the actual variability of soil. The study analyzes the effects of different correlation lengths, variability parameters, and saturation on the propagation characteristics of elastic waves, including wave velocity, amplitude attenuation, and waveform changes. Results show that wave propagation is most sensitive to elastic modulus variability, followed by porosity, while Poisson's ratio has minimal impact. Due to the variability of the elastic modulus, wave propagation time increases with increasing variability coefficient and correlation length. The peak amplitude decreases significantly, and the attenuation mean decreases while the variability of attenuation increases with increasing variability coefficient. Additionally, increasing soil saturation in heterogeneous soils leads to a decrease in wave velocity and an increase in attenuation. These findings contribute to a better understanding of elastic wave propagation in heterogeneous soils and improving design reliability.
Kim, Tae-Eon;Chun, Han-Yong;Kim, Jin-Oh;Park, Joon-Kwan
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.3
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pp.296-307
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2010
This paper deals with the energy transmission ratio of the elastic waves transmitting through a solid wall. Based on the displacement of the reflected and transmitted waves relative to the incident waves, the energy transmission ratio of the wave was obtained by multiplying the vibration velocity and stresses. Numerical calculation provided with the transmission ratio and refraction angle corresponding to the incidence angle, and it showed the mode conversion from the incident longitudinal wave to the transmitted transverse wave in particular incidence angle range. The paper established a procedure to find the incidence angle of the maximum energy transmission ratio and confirmed it by experiment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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