Elastic wave is one of the most useful tools for non-destructive tests in nuclear power plants. Since the elastic properties are indispensable for analyzing the behaviors of elastic waves, they should be predetermined within an acceptable accuracy. Nuclear power plants are exposed to harsh environmental conditions and hence the structures are degraded. It means that the Young's modulus becomes unreliable and in-situ measurement of Young's modulus is required from an engineering point of view. Young's modulus is estimated from the group velocity of propagating waves. Because the flexural wave of a plate is inherently dispersive, the group velocity is not clearly evaluated in temporal signal analysis. In order to overcome such ambiguity in estimation of group velocity, Wigner-Ville distribution as the time-frequency analysis technique was proposed and utilized. To verify the proposed method, experiments for steel and acryl plates were performed with accelerometers. The results show good estimation of the Young's modulus of two plates.
In this article, a novel propagation formulation of Rayleigh waves in a compressible isotropic half-space with impedance boundary condition is proposed by embedding the normal stress. In a two-dimensional case, it is assumed that a design boundary is free of normal traction and a shear traction depends on linearly a normal component of displacements multiplied by frequencies. Therefore, impedance boundary conditions affect the normal stress, where the impedance parameters correspond to dimensions of stresses over velocity. On the other hand, vanished impedance values are traction-free boundary conditions. The main purpose of this article is to present theoretically the existence and uniqueness of a Rayleigh wave formulation relying on secular equation's mathematical analyses. Its velocity varies along with the impedance parameters. Moreover, numerical experiments with different values for the velocity of Rayleigh waves are carried out. The present Rayleigh waves study is a fundamental step in analyzing the cause and effect of physical states such as building or structure damages resulting from natural dynamics. The results of the study generate a basic design formulation theory to test the effects of Rayleigh waves affecting structures when an earthquake occurs. The presence and uniqueness of the proposed formulation is verified by mutual comparisons of several numerical examples.
The present paper is devoted to study SH-wave propagation in heterogeneous layer laying over an inhomogeneous isotropic elastic half-space. The dispersion relation for propagation of said waves is derived with Green's function method and Fourier transform. As a special case when the upper layer and lower half-space are homogeneous, our derived equation is in agreement with the general equation of Love wave. Numerically, it is observed that the velocity of SH-wave increases with the increase of inhomogeneity parameter.
Surkay D. Akbarov;Jamila N. Imamaliyeva;Reyhan S. Akbarli
Coupled systems mechanics
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v.13
no.3
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pp.247-275
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2024
The paper studies the influence of the fluid flow velocity and flow direction in the initial state on the dispersion of the axisymmetric waves propagating in the inhomogeneously pre-stressed hollow cylinder containing this fluid. The corresponding eigenvalue problem is formulated within the scope of the three-dimensional linearized theory of elastic waves in bodies with initial stresses, and with linearized Euler equations for the inviscid compressible fluid. The discrete-analytical solution method is employed, and analytical expressions of the sought values are derived from the solution to the corresponding field equations by employing the discrete-analytical method. The dispersion equation is obtained using these expressions and boundary and related compatibility conditions. Numerical results related to the action of the fluid flow velocity and flow direction on the influence of the inhomogeneous initial stresses on the dispersion curves in the zeroth and first modes are presented and discussed. As a result of the analyses of the numerical results, it is established how the fluid flow velocity and flow direction act on the magnitude of the influence of the initial inhomogeneous stresses on the wave propagation velocity in the cylinder containing the fluid.
Non-destructive exploration using elastic waves has been widely used to characterize rock mass properties. Wave propagation in jointed rock masses is significantly governed by the characteristics and orientation of discontinuities. The relationship between spatial heterogeneity (i.e., joint spacing) and wavelength for elastic waves propagating through jointed rock masses have been investigated previously. Discontinuous rock masses can be considered as an equivalent continuum material when the wavelength of the propagating elastic wave exceeds the spatial heterogeneity. However, it is unclear how stress-dependent long-wavelength elastic waves propagate through a repetitive rock-joint system with multiple joints. A preliminary numerical simulation was performed in in this study to investigate long-wavelength elastic wave propagation in regularly jointed rock masses using the three-dimensional distinct element code program. First, experimental studies using the quasi-static resonant column (QSRC) testing device are performed on regularly jointed disc column specimens for three different materials (acetal, aluminum, and gneiss). The P- and S-wave velocities of the specimens are obtained under various normal stress levels. The normal and shear joint stiffness are calculated from the experimental results using an equivalent continuum model and used as input parameters for numerical analysis. The spatial and temporal sizes are carefully selected to guarantee a stable numerical simulation. Based on the calibrated jointed rock model, the numerical and experimental results are compared.
Within the scope of the plane-strain state, by utilizing the three-dimensional linearized theory of elastic waves in initially stressed piezoelectric and elastic materials, Lamb wave propagation and the influence of the initial stresses on this propagation in a sandwich plate with pre-stressed piezoelectric face and pre-stressed metal elastic core layers are investigated. Dispersion equations are derived for the extensional and flexural Lamb waves and, as a result of numerical solution to these equations, the corresponding dispersion curves for the first (fundamental) and second modes are constructed. Concrete numerical results are obtained for the cases where the face layers' materials are PZT-2 or PZT-6B, but the material of the middle layer is Steel (St) or Aluminum (Al). Sandwich plates PZT-2/St/PZT-2, PZT-2/Al/PZT-2, PZT-6B/St/PZT-6B and PZT-6B/Al/PZT-6B are examined and the influence of the problem parameters such as piezoelectric and dielectric constants, layer thickness ratios and third order elastic constants of the St and Al on the effects of the initial stresses on the wave propagation velocity is studied.
We have developed a laser ultrasonic system for visualization of elastic waves propagating on a solid surface, in order to visualize ultrasonic waves propagating on opaque media. This system can produce a series of successive images as an animation of wave propagation, because of scanning an optical heterodyne probe to measure surface transient displacements. Using this visualization technique, we observed the scattering and diffraction of ultrasonic waves around various shapes of artificial defects, and examined its application to nondestructive inspection. This imaging system provides various kinds of visualization images such as propagation image, amplitude image, arrival time image and velocity image. We have been confident that this technique is available for nondestructive inspection and materials ...
An investigation has been carried out for the propagation of torsional surface waves in an inhomogeneous prestressed layer over an inhomogeneous half space when the upper boundary plane is assumed to be rigid. The inhomogeneity in density, initial stress (tensile and compressional) and rigidity are taken as an arbitrary function of depth, where as for the elastic half space, the inhomogeneity in density and rigidity is hyperbolic function of depth. In the absence of heterogeneities of medium, the results obtained are in agreement with the same results obtained by other relevant researchers. Numerically, it is observed that the velocity of torsional wave changes remarkably with the presence of inhomogeneity parameter of the layer. Curves are compared with the corresponding curve of standard classical elastic case. The results may be useful to understand the nature of seismic wave propagation in geophysical applications.
Lee Jeong-kI;Kim Young H.;Lee Seung Suk;Kim Ho Chul
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.10a
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pp.272-277
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2004
The elastic waves in the plate are dispersive waves with the characteristics of Lamb waves. However, $S_0$ symmetric mode is less dispersive in the frequency region less than first cut-off frequency. And, in anisotropic plates such as CFRP plates, the propagation velocities vary with the direction. So, the wave vector direction to be the phase velocity direction is not accord with the energy flow direction to be the group velocity direction. In this work, the group velocities of the $S_0$ symmetric mode less than the first cut-off frequency was analyzed with the group velocity dispersion curves in unidirectional CFRP plate. And, the group velocity curve obtained by the group velocity dispersion curves are compared with the measured velocities as varied the propagation direction of the Lamb wave. The measured velocities are good agreement with the corrected group velocity curve except near the fiber direction which is called the cusp region. When the propagation direction is not accorded with the principal axis, the direction of the group velocities declines to the fiber direction in the unidirectional CFRP plates. This implies that the energy propagates preferentially toward fiber direction.
At present, the research on wave propagation in graphene platelet reinforced composite plates focuses on the propagation behavior of bulk waves, in which the effect of boundary condition is ignored, there is no literature report on propagation behaviors of guided waves in graphene platelet reinforced metal foams (GPLRMF) plates. In fact, wave propagation is affected by boundary conditions, so it is necessary to study the propagation characteristics of guided waves. The aim of this paper is to solve this problem. The effective performance of the material was calculated using the mixing law. Equations of motion of GPLRMF plate is derived by using Hamilton's principle. Then, the eigenvalue method is used to obtain the expressions of bending wave, shear wave and longitudinal wave, and the degradation verification is carried out. Finally, the effects of graphene platelets (GPLs) volume fraction, elastic foundation, porosity coefficient, GPLs distribution types and porosity distribution types on the dispersion relations are studied. We find that these factors play an important role in the propagation characteristics and phase velocity of guided waves.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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