A new hybrid oedometer cell is designed and manufactured to investigate a behavior of soft soils by using elastic and electromagnetic waves during consolidation test. Bender elements, which generate and detect shear waves, are placed in the top cap and the bottom plate and mounted on the oedometer wall. Double wedge type electrical resistance probe, which measures local void ratio change, is positioned onto the top cap of the oedometer cell. The bender elements and the electrical resistance probe are anchored into a nylon set screw with epoxy resin. The nylon set screw with epoxy resin minimizes directly transmited elastic waves through the oedometer cell due to impedence mismatch and allows for easy replacement of defected bender elements and electrical resistance probe. Primary consolidation time can be estimated from the slope of electrical resistance versus log time curve and the evolution of shear wave velocity. The shear wave velocity can be used to assess inherent anisotropy when disturbance effects are minimized because particle alignment affects the shear wave velocity. The void ratios evaluated by the electrical resistance probe are similar to those by the settlement during consolidation. This study suggests that the shear wave velocity and the electrical resistance can provide complementary imformations to understand consolidation characteristics such as primary consolidation, anisotropy, and void ratio.
The bi-material elastic system consisting of the pre-stressed hollow cylinder and pre-stresses surrounding infinite elastic medium is considered and it is assumed that the mentioned initial stresses in this system are caused with the compressing or stretching uniformly distributed normal forces acting at infinity in the direction which is parallel to the cylinder's axis. Moreover, it is assumed that on the internal surface of the cylinder the ring load which moves with constant velocity acts and within these frameworks it is required to determine the influence of the aforementioned initial stresses on the critical velocity of the moving load. The corresponding investigations are carried out within the framework of the so-called three-dimensional linearized theory of elastic waves in initially stresses bodies and the axisymmetric stress-strain state case is considered. The "moving coordinate system" method is used and the Fourier transform is employed for solution to the formulated mathematical problem and Fourier transformation of the sought values are determined analytically. However, the originals of those are determined numerically with the use of the Sommerfeld contour method. The critical velocity is determined from the criterion, according to which, the magnitudes of the absolute values of the stresses and displacements caused with the moving load approaches an infinity. Numerical results on the influence of the initial stresses on the critical velocity and interface normal and shear stresses are presented and discussed. In particular, it is established that the initial stretching (compressing) of the constituents of the system under consideration causes a decrease (an increase) in the values of the critical velocity.
The objective of this paper is to investigate the surface waves in fibre-reinforced anisotropic thermoelastic medium subjected to gravity field. The theory of generalized surface waves has firstly developed and then it has been employed to investigate particular cases of waves, viz., Stoneley waves, Rayleigh waves and Love waves. The analytical expressions for displacement components, force stress and temperature distribution are obtained in the physical domain by using the harmonic vibrations. The wave velocity equations have been obtained in different cases. The numerical results are given and presented graphically in Green-Lindsay and Lord-Shulman theory of thermoelasticity. Comparison was made with the results obtained in the presence and absence of gravity, anisotropy, relaxation times and parameters for fibrereinforced of the material medium. The results indicate that the effect of gravity, anisotropy, relaxation times and parameters for fibre-reinforced of the material medium are very pronounced.
Park, Byoung-Sun;Joh, Sung-Ho;Lee, Sang-Heon;Kang, Tae-Ho
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.03a
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pp.582-589
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2006
Shear wane velocity is important property for grasping the dynamic characteristics of material. It is has been used in various fields such as non-destructive testings of structures, seismic analysis of geotechnical structures and maintenance of concrete structure, and etc. Usually, shear wave velocities of rock cores and concrete cylinders are determined by free-free resonance tests, Shear wave measurement in free-free resonance tests is not straightforward, as compared with rod wave and flexural wane measurements. In This study, a new technique using resonance features of flexural and shear waves were proposed in which the nodal points for the fundamental mode of flexural waves were employed to generate and measure the shear waves with the flexural waves minimized. The real measurements for aluminum cylinders proved validity and reliability of the proposed algorithm. In addition to the proposed algorithm, the effects of material properties on elastic-wave velocities in resonance measurements were also studied. In summary, a new framework of the resonance measurements for shear-wave velocity determination was established, based on the results of this thesis.
Soils are commonly unsaturated in the near surface. The stiffness of soils is affected by the amount of air and water. The objective of this study is to evaluate the porosity of the unsaturated soils by using the elastic waves including compressional and shear waves. The elastic waves are measured at different degrees of saturation by controlling the matric suction. Thus, the unsaturated soils are characterized at different levels of the matric suction. Shear and compressional waves are measured by using the bender elements and the piezo disk elements, respectively. Both transducers are installed on the walls of the rectangular cell. The unsaturated soils are prepared by using uniform size sands and silts. Test results show that both compressional and shear wave velocities change according to the matric suction. The elastic modulus, the shear modulus, and the Poisson's ratio are estimated based on the measured elastic wave velocities. In addition, the void ratio of the unsaturated soils estimated using elastic wave velocities matches well with the volume based void ratio. This study demonstrates that the elastic waves can be effectively used for the characterization of unsaturated soils.
Spectral analysis of transient elastic waves were carried out in order to identify the propagation modes in glass and unidirectional carbon fibre reinforced plastic (CFRP) plates. Pencil leads were broken on the surface of plates to generate elastic waves, and two broad band transducers of 6.35 mm in diameter and 10 MHz center frequency were placed at the linear location from the source. The frequency spectra of detected signals showed that the wave propagation in the plates obeyed the Lamb wave dispersion relation. The transient signals were the fast propagating modes around maximum group velocity of the lowest and first order symmetric $modes(S_{0} and S_{1}),$ and first order antisymmetric $mode(A_{1})$. The transient signals were not severely distorted due to relatively small dispersion of those modes around the maximum group velocity. The fastest propagating mode in the plates was shown to be $S_{0}$ mode less the than cut-off frequency of $A_{1}$ mode.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.27
no.6
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pp.582-590
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2007
Imperfectly jointed interface serves as mechanical waveguide for elastic waves and gives rise to two distinct kinds of guided wave propagating along the interface. Contact acoustic nonlinearity (CAN) is known to plays major role in the generation of these interface waves called generalized Rayleigh waves in non-welded interface. Closed crack is modeled as non-welded interface that has nonlinear discontinuity condition in displacement across its boundary. Mathematical analysis of boundary conditions and wave equation is conducted to investigate the dispersive characteristics of the interface waves. Existence of the generalized Rayleigh wave(interface wave) in nonlinear contact interface is verified in theory where the dispersion equation for the interface wave is formulated and analyzed. It reveals that the interface waves have two distinct modes and that the phase velocity of anti-symmetric wave mode is highly dependent on contact conditions represented by linear and nonlinear dimensionless specific stiffness.
The elastic waves in a plate are dispersive waves due to the characteristics of Lamb waves. However, S0 symmetric mode is less dispersive in the frequency region below the first cut-off frequency. The wave Propagation velocities vary with the direction in anisotropic plates such as Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) Plates. The wave vector direction and energy flow vector direction are same in isotropic plates. However, the wave vector direction same as the phase velocity direction is not in accordance with the energy flow direction same as the group velocity direction in anisotropic plates. In this study. the dispersion curves or the phase velocity from anti-symmetric and symmetric Lamb wave dispersion equation are calculated for unidirectional laminated composite plate. Slowness surface is sketched using phase velocity under the first cut-off frequency. The direction and magnitude of group velocity are corrected with this slowness surface. The measured group velocities are in good agreement with the corrected group velocity curve except near the fiber direction zone which is called the cusp region.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1993.10a
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pp.650-655
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1993
Carbon/epoxy composite(CFRP) coupons previously damaged by low velocity impact were tested under static tensile loading and microscope progress of damage was characterized by ultrasonic C-scan, Scanning Acoustic Microscopy (SAM) and Acoustic Emission(AE) techniques which were based on the application of elastic waves. The degress of impact damage has been correlated with the AE activity during monotonic or loading/unloading tensile testing as well as the result of ultrasonic test. The coupons were subjected to impact velocities ranged from 0.71 to 2.17 m/sec, which introduced the amount of damage rated as 0%, 10%, 30%, and 50% with reference to the total absorbed energy at fracture. Special attention was paid to determine optimal AE parameters to characterize the microscopic fracture process and to predict the residual strength of composite laminates. AE RMS voltage during the early stage of tensile loading was found an effective parameter to quantify the degree of impact damage. It was also found that the Felicity ratio is closely related to the stacking sequence and the residual strength of the CFRP laminates.
The present paper deals with numerical modeling of Love channel waves in transversely isotropic elastic medium. First, an explicit finite-difference scheme of second order approximation is formulated with the wave equation of SH particle displacement in transversely isotropic medium. Since it is a heterogeneous formulation, it should enable efficient modeling of complex model structures without additional treatment of the internal boundary matching. With a model of isotropic coal seam embedded in high velocity host rock, seismograms are synthesized and tutn out to be essentially identical with published ones of Korn and $St{\ddot{o}}ckl$. Next, anisotropic coal seams are investigated. It is found that the horizontal velocity of the seam appears to play a major role of determining the group velocity of Love channel waves. The group velocity increases with the increase of the horizontal velocity or vice versa. However, further study will be needed to exploit fully Love channel waves for the determination of lithology, stratification, fracture in sedimentary rocks, for instance, for hydrocarbon exploration and development.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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