Although time-frequency analysis is useful for dispersive wave analysis, conventional methods such as the short-time Fourier transform do not take the dispersion phenomenon into consideration in the tiling of the time-frequency domain. The objective of this paper is to develop an adaptive time-frequency analysis method whose time-frequency tiling is determined with the consideration of signal dispersion characteristics. To achieve the adaptive time-frequency tiling, each of time-frequency atoms is rotated in the time-frequency plane depending on the local wave dispersion. To carry out this adaptive time-frequency transform, dispersion characteristics hidden in a signal are first estimated by an iterative scheme. To examine the effectiveness of the present method, the flexural wave signals measured in a plate were analyzed.
Although time-frequency analysis is useful for dispersive wave analysis, conventional methods such as the short-time Fourier transform do not take the dispersion phenomenon into consideration in the tiling of the time-frequency domain. The objective of this paper is to develop an adaptive time-frequency analysis method whose time-frequency tiling is determined with the consideration of signal dispersion characteristics. To achieve the adaptive time-frequency tiling, each of time-frequency atoms is rotated in the time-frequency plane depending on the local wave dispersion. To carry out this adaptive time-frequency transform, dispersion characteristics hidden in a signal are first estimated by an iterative scheme. To examine the effectiveness of the proposed method, the flexural wave signals measured in a plate were analyzed.
Love wave and Rayleigh wave are the major elastic waves belonging to the category of the surface wave. The fact that Love wave is not contaminated by P-wave which makes Love wave superior to Rayleigh wave and other body waves. Therefore, the information that Love wave carries is more distinct and clearer than the information of Rayleigh wave. Based on theoretical research, the joint inversion analysis which is used both Love wave dispersion information and Rayleigh wave dispersion information was proposed. Purpose of the joint inversion analysis is to improve accuracy and convergency of inversion results utilizing that frequency contribution of each wave is different. This analysis technique is consisted of the forward modeling using transfer matrix, the sensitivity matrix determined to the ground system and DLSS(Damped Least Square Solution) as a inversion technique. The application of this analysis was examined through the field test.
This paper investigated the dispersion characteristics of horizontal surface waves as means to apply conversional SASW techniques. To verify this proposal, 3D finite element analysis and Transfer matrix solution were performed. SH wave(Love waves) has the some advantages in comparison with Rayleigh wave. Representatively, Love wave has a characteristics not affected by compression wave. These characteristics have the robust applicability for the surface wave investigation techniques. In this study, for the purpose of employing Love wave in the SASW method, the dispersion characteristics of the Love wave was extensively investigated by the theoretical and numerical approaches. The 3-D finite element and transfer matrix analyses for the half space and two-layer systems were performed to determine the phase velocities from Love wave as well as from both the vertical and the horizontal components of Rayleigh wave. Preliminary, numerical simulations and theoretical solutions indicated that the dispersion characteristics of horizontal surface wave(Love waves) can be sufficiently sensitive and appliable to SASW techniques.
Research on Lamb wave-based damage identification in plate-like structures depends on precise knowledge of dispersive wave velocity. However, boundary reflections with the same frequency of interest and greater amplitude contaminate direct waves and thus compromise measurement of Lamb wave dispersion in different materials. In this study, non-reflecting boundaries were proposed in both numerical and experimental cases to facilitate time-frequency characterization of Lamb wave dispersion. First, the Lamb wave equations in isotropic and laminated materials were analytically solved. Second, the non-reflecting boundaries were used as a series of frames with gradually increased damping coefficients in finite element models to absorb waves at boundaries while avoiding wave reflections due to abrupt property changes of each frame. Third, damping clay was sealed at plate edges to reduce the boundary reflection in experimental test. Finally, the direct waves were subjected to the slant-stack and short-time Fourier transformations to calculate the dispersion curves of phase and group velocities, respectively. Both the numerical and experimental results suggest that the boundary reflections are effectively alleviated, and the dispersion curves generated by the time-frequency analysis are consistent with the analytical solutions, demonstrating that the combination of non-reflecting boundary and time-frequency analysis is a feasible and reliable scheme for characterizing Lamb wave dispersion in plate-like structures.
러브파와 레일리파는 표면파로서 각 파가 가지는 분산특성을 활용하여 지반의 강성주상도를 파악할 수 있는 특징을 가지고 있다. 이 중 러브파는 한 방향에 대한 응력-변위만 고려하기 때문에 수치적 모델링이 간단하고 전파시에는 이론적으로 체적파의 영향 및 밀도의 변화가 없어 각 각의 물성치를 갖는 다층구조지반에서 적용성이 높다고 할 수 있다. 이러한 장점을 활용하여 러브파와 레일리파의 분산정보를 같이 이용하여 동시역산해석을 할 수 있는 기법이 제안되었다. 동시역산해석기법은 본 논문을 통하여 수치해석, 이론모델, 그리고 현장시험을 통하여 검증되었다. 수치해석에서는 2, 3차원 유한요소해석과 전달행렬법의 결과를 비교하였고, 이론모델해석에서는 각 각의 역산해석에서의 결과를 서로 비교하여 검토하였다. 더불어, 현장에서 SASW시험을 수행하여 제안된 동시역산해석기법의 적용성을 검토하였다. 검토 결과, 각 표면파의 정보를 동시에 고려하는 것이 과도한 발산을 방지하고 해의 정확도를 향상시키는 것으로 확인되었다.
Recently, to assure the integrity of a structural components such as piping pressure vessels and thinning structure, Lamb wave inspection technique has been used in material evaluation. It is very important to select the optimal Lamb wave mode and to analyze the signal accurately because of its unique dispersion properties grnerating several modes within the speci-men. It this study, the feasibility of material evaluation applications using wavelet analysis of Lamb wave has been veir-fied experimentally. These results show as follows; 1)dispersion characteristic of each mode in dispersion curve is demon-strated that A0 mode propagating material surface is useful mode having the lest energy loss and not sensitive to surface condition. 2) it can be detected even the micro defect ($1\times2mm$) fabricated in ultrasonic probe flaw distance (290mm) to axis direction. 3) the wavelet transform which is called "time-frequency analysis" shows the Lamb wave propagation due to the change of materials characterization can be evaluated at each frequency and experimental group velocity of Lamb wave agrees quite well with that of simulated dispersion curve.ion curve.
Surface wave techniques are widely used as non-invasive method for geotechnical site characterization. Field surface wave data are collected and analyzed using different processing techniques to generate the dispersion curves, which are further used to extract the shear wave velocity profile by inverse problem solution. Characteristics of a dispersion curve depend on the subsurface layering information of a vertically heterogeneous medium. Sometimes soft layer can be found between two stiff layers in the vertically heterogeneous media, and it can affect the wave propagation dramatically. Now most of the surface wave techniques use the fundamental mode Rayleigh wave propagation during the inversion, but this may not be the actual scenario when a soft layer is present in a vertically layered medium. This paper presents a detailed and comprehensive study using finite element method to examine the effect of soft layers which sometimes get trapped between two high velocity layers. Determination of the presence of a soft layer is quite important for proper mechanical characterization of a soil deposit. Present analysis shows that the thickness and position of the trapped soft layer highly influence the dispersion of Rayleigh waves while the higher modes also contribute in the resulting wave propagation.
This paper examines the dispersion relation governing the wave propagation on cylindrical shells. The assumption of thin shells allows the dispersion relation to be separated into three relations related to the propagation of flexural waves and two types of membrane waves. Those relations are used to identify the characteristics of the wave number curves. The dispersion relation provides two and three closed wave number curves below and above the ring frequency. Above the ring frequency three wave number curves are clearly identified to be those of flexural, shear and longitudinal waves, respectively. Below the ring frequency, the characteristics of two wave number curves are identified with dependence of the direction of wave propagation.
The continuous wavelet transform (CWT) has a frequency-adaptive time-frequency tiling property, which makes it popular for the analysis of dispersive elastic wave signals. However, because the time-frequency tiling of CWT is not signal-dependent, it still has some limitations in the analysis of elastic waves with spectral components that are dispersed rapidly in time. The objective of this paper is to introduce an advanced time-frequency analysis method, called the dispersion-based continuous wavelet transform (D-CWT) whose time-frequency tiling is adaptively varied according to the dispersion relation of the waves to be analyzed. In the D-CWT method, time-frequency tiling can have frequency-adaptive characteristics like CWT and adaptively rotate in the time-frequency plane depending on the local wave dispersion. Therefore, D-CWT provides higher time-frequency localization than the conventional CWT. In this work, D-CWT method is applied to the analysis of dispersive elastic waves measured in waveguide experiments and an efficient procedure to extract information on the dispersion relation hidden in a wave signal is presented. In addition, the ridge property of the present transform is investigated theoretically to show its effectiveness in analyzing highly time-varying signals. Numerical simulations and experimental results are presented to show the effectiveness of the present method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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