Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.26
no.6
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pp.390-402
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2006
The elastic properties and thickness of mullite environmental barrier coatings grown through chemical vapor deposition (CVD) on silicon carbide substrates were measured using frequency domain photoacoustic microscopy. In this technique, extremely narrow bandwidth surface acoustic waves are generated with an amplitude modulated laser source. A photorefractive crystal based interferometer is used to detect the resulting surface displacement. The complex displacement field is mapped as a function of source-to-receiver distance in order to extract the wavelength of the surface acoustic wave at a given excitation frequency, and the phase velocity is determined. The coatings tested exhibited spatial variations in thickness and mechanical properties. The measured surface wave dispersion curves were used to extract an effective value for the elastic modulus and the coating thickness. Nanoindentation was used to validate the measurements of the effective elastic modulus. The average elastic modulus measured through the coating thickness using nanoindentation is compared to the effective modulus found using the photoacoustic system. Optical microscopy is used to validate the thickness measurements. The results indicate that the photoacoustic microscopy technique can be used to estimate the effective elastic properties in coatings exhibiting spatial inhomogeneities, potentially providing valuable feedback for the optimization of the CVD growth process.
In winter season, the pore water inside the ground freezes and thaws repetitively due to the cold air temperature. When the freezing-thawing processes are repeated on the ground, the change in soil particle structure occurs and thus the damage of the infrastructure may be following. This study was performed in order to investigate the stiffness change of soils due to the freeze-thaw by using elastic waves. Sand-silt mixtures are prepared with in the silt fraction of 40 %, 60 % and 80 % in weight and in the degree of saturation of 40 %. The specimens are placed into the square freezing-thawing cell by the temping method. For the measurement of the elastic waves, a pair of the bender elements and a pair of piezo disk elements are installed on the cell, and a thermocouple is inserted into soils for the measurement of the temperature. The temperature of the mixtures is decreased from $20^{\circ}C$ to $-10^{\circ}C$ during freezing, is maintained at $-20^{\circ}C$ for 18 hours, is gradually increased up to the room temperature of $20^{\circ}C$ to thaw the specimens. The shear waves, the compressional waves and the temperature are measured during the freeze-thaw process. The experimental result indicates that the shear and the compressional wave velocities after thawing are smaller than those of before freezing. The velocity ratio of after thawing to before freezing of shear wave is smaller than that of the compressional wave. As silt fraction increases from 40 % to 80 %, the shear and compressional wave velocities are gradually increased. This study suggests that the freezing-thawing process in unsaturated soil loosens the soil particle structure, and the shear wave velocity reflects the effect of freezing-thawing more sensitively than the compressional wave velocity.
A new ultrasonic test method is proposed to obtain elastic constants of unidirectional composite materials nondestructively. In the proposed test method, only longitudinal transducers are used to measure wave velocities by through-transmission method. An aluminum wedge and a flat aluminum rectangular block are placed on each side of the test specimen. Oblique incident longitudinal wave is transmitted from a wedge to the specimen and the mode conversions are occurred sequentially at two interfaces between the specimen and aluminium. Measuring wave velocities converted to longitudinal waves in the rectangular block give all information to determine elastic constants of the composites. In order to determine shear stiffness coefficients, transverse wave velocity is measured indirectly from received longitudinal wave. Effects of anisotropy on waves are also considered in this study.
Kim, JongChan;Lee, Jong-Sub;Hong, Seung-Seo;Lee, Changho
The Journal of Engineering Geology
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v.24
no.1
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pp.111-122
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2014
For accurate laboratory evaluations of soil deposits, it is essential that the samples are undisturbed. An artificial ground-freezing system is the one of the most effective methods for obtaining undisturbed samples from sand deposits. The objective of this study is to estimate the shear strengths and the characteristics of elastic waves of frozen-thawed and unfrozen specimens through the undrained triaxial compression test. For the experiments, Jumunjin standard sands are used to prepare frozen and unfrozen specimens with similar relative densities (60% and 80%). The water pluviation method is used to simulate the fully saturated condition under the groundwater table. When thawing the frozen specimens, the temperature is measured every minute. After the specimens are completely thawed, undrained triaxial compression tests are conducted using the same procedures as for the unfrozen specimens. During the triaxial tests (saturation, consolidation, and shear phase), compressional and shear waves are measured. The results show that the freeze-thaw process has minor effects on the peak deviatoric stress and shear strength values, and that the process does not affect the internal friction angle. The compressional wave velocity increases with increasing B-value to 1800 m/s in the saturation phase, but tends to remain constant in the process of consolidation and shearing. The shear wave velocity decreases with increasing B-value in the process of saturation, but changes velocity in accordance with the change in effective stress in the processes of consolidation and shearing. The compressional wave velocity has similar values regardless of the freeze-thaw process, but values of shear wave velocity are slighly lower in frozen-thawed specimens than in unfrozen specimens. This study is a preliminary experiment for estimating the shear strength and characteristics of elastic wave velocity in undisturbed frozen specimens that have been obtained using the artificial ground-freezing method.
Cancan Liu;Jiangong Yu;Bo Zhang;Xiaoming Zhang;Xianhui Wang
Advances in nano research
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v.14
no.5
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pp.463-474
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2023
The purpose of this paper is to present the analysis of propagating and evanescent waves in functionally graded (FG) nanoplates with the consideration of nonlocal effect. The analytical integration nonlocal stress expansion Legendre polynomial method is proposed to obtain complete dispersion curves in the complex domain. Unlike the traditional Legendre polynomial method that expanded the displacement, the presented polynomial method avoids employing the relationship between local stress and nonlocal stress to construct boundary conditions. In addition, the analytical expressions of numerical integrations are presented to improve the computational efficiency. The nonlocal effect, inhomogeneity of medium and their interactions on wave propagation are studied. It is found that the nonlocal effect and inhomogeneity of medium reduce the frequency bandwidth of complex evanescent Lamb waves, and make complex evanescent Lamb waves have a higher phase velocity at low attenuation. The occurrence of intersections of propagating Lamb wave in the nonlocal homogeneous plate needs to satisfy a smaller Poisson's ratio condition than that in the classical elastic theory. In addition, the inhomogeneity of medium enhances the nonlocal effect. The conclusions obtained can be applied to the design and dynamic response evaluation of composite nanostructures.
The purpose of this study is to illustrate the propagation of the shear waves (SH-waves) in a prestressed hetrogeneous orthotropic media overlying a pre-stressed anisotropic porous half-space with self weight. It is considered that the compressive initial stress, mass density and moduli of rigidity of the upper layer are space dependent. The proposed model is solved to obtain the different dispersion relations for the SH-wave in the elastic-porous medium of different properties. The effects of compressive and tensile stresses along with the heterogeneity, porosity, Biot's gravity parameter on the dispersion of SH-wave are shown numerically. The wave analysis further indicates that the technical parameters of upper and lower half-space affect the wave velocity significantly. The results may be useful to understand the nature of seismic wave propagation in geophysical applications and in the field of earthquake and material science engineering.
In recent years, the piping vibration in many Power Plants is being increased by the aged generating facilities due to a long time use. Generally, the pressure fluctuations associated with the flow-induced excitations in this case are broadband in nature. Mainly, the dominant sources of vibration are a vortex-shedding, plane waves and boundary layer turbulence. The peak level of the spectrum is proportional to the dynamic head. A severe disturbance in pipeline results in the generation of intense broadband internal sound waves which can propagate through the piping system. The characteristic frequencies of operating loads of 20%, 57%, 70%, 100% are 4 - 6 Hz and coincide with the results from impact hammering test and FEM analysis. We chose the wire energy absorbing rope restraint as a vibration reduction method after reviewing the various conditions such as site, installing space and economic cost etc. After installation, the vibration level was reduced about 54% in velocity.
Various numerical methods in simulation of seismic wave propagation have been developed. Recently an innovative numerical method called as the Spectral Element Method (SEM) has been developed and used in wave propagation in 3-D elastic media. The SEM that easily implements the free surface of topography combines the flexibility of a finite element method with the accuracy of a spectral method. It is generally used a weak formulation of the equation of motion which are solved on a mesh of hexahedral elements based on the Gauss-Lobatto-Legendre integration rule. Variational formulations of velocity-stress motion are newly modified in order to implement ADE-PML (Auxiliary Differential Equation of Perfectly Matched Layer) in wave propagation in 3-D elastic media, because a general weak formulation has a difficulty in adapting CFS (Complex Frequency Shifted) PML (Perfectly Matched Layer). SEM of Velocity-Stress motion having ADE-PML that is very efficient in absorbing waves reflected from finite boundary is verified with simulation of 1-D and 3-D wave propagation.
For economic and technical reasons, it is difficult to obtain high quality undisturbed cohesionless samples, hence most researchers rely on preparing remolded and reconstituted representative samples of sandy soils. In this study, moist tamping, air pluviation, and dry deposition methods were applied to make remolded samples at similar relative densities. A series of isotropically consolidated drained tests were conducted with accompanied by measured elastic wave velocities in order to evaluate a difference between sample preparation methods and relative densities. For the elastic wave velocity measurements, piezoelectric elements were installed on the top and bottom cap of the triaxial device. The results showed that soil behavior relies on sample preparation methods, and that the trend of shear wave velocity was the same with volumetric strain behavior.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1999.10a
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pp.357-364
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1999
In recently site investigations, the need for the determination of dynamic soil properties such as dynamic modules of rigidity, elasticity, dynamic poison's ratio and damping ratio etc. is increasing for the astigmatic designs of the civil structures. To obtain some of the dynamic properties, measurement of elastic waves velocity, both P and S wave, is required. Among various methods to measure elastic wave velocity such and Down Hole, Cross Hole and Refraction etc., Suspension P.S. Logging has an advantage to use for the off-shore investigation where generation of the shock wave and traveling of the wave is difficult. In suspension P.S. logging, specially designed prove equipped with source of shock wave, two 3-channel receivers, departing 1m distance, and other auxiliary facilities is inserted down in a bore hole bottom and raised in predetermined interval, usually 1m or 2m, and measurement is conducted. P.S. logging have been conducted in a off-shore construction project near InChon in the west coast for the first in the country, and form the result, potential of the liquefaction of the subsoil was evaluated and compared with the conventional method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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