Modular Beam Modeling for Ultrasonic NDE Simulation

Hyunjo Jeong(정현조) 대한기계학회 2004 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2004 No.10

A modular multi-Gaussian beam model is used to simulate some nondestructive testing configurations where multiple interfaces or anisotropic material properties are involved. We consider two NDE problems in this paper: (1) angle beam, contact shear wave testing, and (2) wave propagation through water-anisotropic solid interface. The ultrasonic transducer fields are modeled by superposing 10 single Gaussian beams. The resulting expressions given in a modular matrix form is implemented in a personal computer using MATLAB program. Simulation results are presented for these problems with available experimental results.

단일센서와 시간역전법을 이용한 판에서의 충격위치 결정에 관한 연구

정현조(Hyunjo Jeong),조성종(Sungjong Cho) 한국비파괴검사학회 2012 한국비파괴검사학회지 Vol.32 No.1

본 논문에서는 단일 센서와 시간역전 원리를 이용하여 간단한 판에서 충격 위치를 결정할 수 있는 탐상법을 다루었다. 수치적인 시뮬레이션과 실험을 통하여 시간역전에 의한 충격위치와 그 주변에서 신호의 집속효과를 관찰하고, 충격위치 결정에 영향을 미칠 수 있는 인자들(가진력의 크기, 신호의 기록시간)에 대해 살펴보았다. 이러한 결과를 기초로 두 가지 다른 충격위치에 대한 실험을 수행하고 그 결과를 가시화하였으며, 실제 충격위치를 정확하게 결정할 수 있음을 확인하였다. 여기서 제안한 방법의 특징은 단일센서를 사용하는 것과 시험체의 형상과 물성을 몰라도 된다는 점이다. 또한 판에서와 같이 분산성의 다중모드 파동이 발생하는 경우에도 특정 모드나 주파수에 의존할 필요가 없다. 따라서 기존의 충격위치 결정법에 비해 많은 장점을 지니고 있다. A structural health monitoring technique for locating impact position in a plate structure is presented in this paper. The method employs a single sensor and spatial focusing of time reversal (TR) acoustics. We first examine the TR focusing effect at the impact position and its surroundings through simulation and experiment. The imaging results of impact points show that the impact source location can be accurately estimated in any position of the plate. Compared to existing techniques for locating impact or acoustic emission source, the proposed method has the benefits of using a single sensor and not requiring material properties and geometry of structures. Furthermore, it does not depend on a particular mode of dispersive Lamb waves that is frequently used in other ultrasonic testings of plate-like structures.

일방향 파동합성에 의한 빔 음장과 회절 및 감쇠가 포함된 베타식

정현조(Hyunjo Jeong),장수증(Shuzeng Zhang),조성종(Sungjong Cho) 한국비파괴검사학회 2017 한국비파괴검사학회지 Vol.37 No.6

본 논문에서는 서로 다른 기본 주파수를 가진 2개의 종파가 한 방향으로 동시에 전파할 때 파동합성에 의해 발생하는 비선형 음장, 특히 차 주파수 성분(difference frequency component), 계산을 위한 음향학적 이론식을 개발하며, 유한한 탐촉자의 크기에 기인하는 빔의 회절과 재료의 열점성에 의한 감쇠에 대한 보정식을 유도하였다. 그리고 차 주파수 성분을 사용하고 회절 및 감쇠가 보정된 비선형 파라미터 식을 새롭게 정의하고, 보정계수가 값에 미치는 영향을 시뮬레이션을 통해 관찰하였다. In this paper, a collinear wave mixing of two different fundamental frequencies was considered for a study of nonlinear parameter determination in fluids and solids. Use of the difference frequency wave can reduce the effects of source nonlinearity and material attenuation in nonlinear experiments. Expressions for the fundamental and difference frequency sound beams were presented with attenuation and diffraction corrections. The difference frequency beam fields were simulated and compared with those of the second harmonic. The nonlinearity parameter was newly defined using the difference frequency wave amplitude and the effects of attenuation and diffraction corrections were investigated.

비파괴적 방법에 의한 입자 강화 복합재료의 부피분율 평가

정현조(Hyunjo Jeong) 한국비파괴검사학회 1998 한국비파괴검사학회지 Vol.18 No.2

레이저 여기에 의한 초음파 발생의 열-탄성 유한요소해석

정현조(Hyunjo Jeong),김청호(Cheongho Kim),김태호(Taeho Kim),박동준(DongJoon Park),김광현(Kwanghyun Kim) 대한기계학회 2006 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2006 No.9

The finite element method is used to simulate propagation of laser-generated ultrasounds and interaction with surface breaking cracks in elastic media. The laser line source focused on the surface of semi-infinite medium is modeled as a transient thermal and elastic finite element using ANSYS code. The thermoelastic finite element model is found to produce correct behavior for generated longitudinal, shear and surface waves. The interaction of surface waves with surface breaking cracks (2-D machined slot) is examined when the laser source is scanned over defected samples. The scanning laser line source(SLLS) is found to cause a large amplitude change of reflected waves near crack, and the crack whose depth is one order lower than the wavelength can be detected from this change.

초음파 전파 및 산란의 유한요소 해석

정현조(Hyunjo Jeong),박문철(Moon-Chul Park),박윤원(Yun-Won Park) 대한기계학회 2001 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2001 No.8

In an effort to improve the reliability of ultrasonic nondestructive testing methods, a finite element method was employed to calculate the scattered fields of ultrasound. The accurate analysis of ultrasonic propagation and scattering plays an important role in predicting the response of measurement system, and help the operators optimize test procedures when combined with other components of the testing system. A good system model also makes it possible to perform parametric studies, and in this way the probability of detection and reliability can be improved. In this study, a finite element modeling was developed for the analysis of scattered fields due to cracks, and then the accuracy of results was checked by solving several representative problems. The size of element and the integral time step, which are the critical components for the convergence of numerical results, were determined in ANSYS commercial finite element code. Several propagation and scattering problems in 2-D isotropic and anisotropic materials were solved and their results were compared with analytical results.

Signal Processing Techniques for Recovering Input Waveforms in Dispersive Lamb Wave Propagation

Hyunjo Jeong(정현조),Sungjong Cho(조성종) 한국소음진동공학회 2013 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.4

제3 고조파를 이용한 비선형 파라미터의 측정 연구 – 1. 이론

정현조(Hyunjo Jeong),최성호(Sungho Choi) 한국비파괴검사학회 2021 한국비파괴검사학회지 Vol.41 No.1

제2 고조파의 발생 및 측정을 통하여 재료의 비선형 물성 또는 손상 정도를 평가할 수 있는 2차 비선형 파라미터의 측정과 관련된 이론 및 실험은 비교적 잘 정립되어 있다. 이에 비하여 제3 고조파를 이용한 3차 비선형 파라미터 측정은 아직까지 상대적 측정이 주를 이루고 있고, 절대적 측정을 위한 이론과 실험은 잘 개발되어 있지 않다. 본 논문에서는 비선형 등방성 재료에서 제3 고조파를 이용하여 비선형 파라미터를 정확하게 측정하기 위한 이론적인 내용을 다룬다. 먼저 변위 기반 평면파의 파동방정식에 섭동해를 적용하여 제3 고조파의 진폭을 구하고 이로부터 3차 비선형 파라미터 공식을 정의한다. 실제로 측정되는 초음파의 진폭은 회절 및 감쇠로 인하여 평면파에서 많이 벗어나므로 이에 대한 보정이 필요하다. 감쇠 및 회절보정은 3차원 Westervelt 방정식의 적분해에 기초한 다중 가우시안 빔 모델로부터 구한다. 감쇠와 회절이 보정된 3차 비선형 파라미터 공식을 제시하며, 이 식은 추후 논문에서 다룰 3차 비선형 파라미터 측정에 적용될 것이다. Theories and experiments related to the measurement of quadratic nonlinear parameters capable of evaluating the degree of damage or nonlinear material properties through the generation and measurement of second harmonics are relatively well established. In contrast, measurement of cubic nonlinear parameters using third harmonics is limited to relative measurement, and theories and experiments for absolute measurement have not been well developed. This paper deals with the theoretical aspects for accurately measuring cubic nonlinear parameters using third harmonics in isotropic materials. First, the amplitude of the third harmonic is obtained by applying the perturbation solution to the displacement-based wave equation, and the nonlinear parameter formula is defined. Since the amplitude of the ultrasonic wave actually measured deviates from the plane wave due to diffraction and attenuation, corrections of these effects are required. The attenuation and diffraction corrections are obtained from a multi-Gaussian beam model based on the integral solutions for the three-dimensional Westervelt equation. We present a formula for the cubic nonlinear parameter corrected for diffraction and attenuation. The results shown in this paper will be applied to the measurement of cubic nonlinear parameter in a separate paper.

펄스-에코 모드에서 집속 빔을 이용한 제2고조파의 발생 및 수신에 대한 연구

신효정(Hyojeong Sin),정현조(Hyunjo Jeong),조성종(Sungjong Cho) 한국비파괴검사학회 2018 한국비파괴검사학회지 Vol.38 No.5

응력자유 경계면을 갖는 펄스-에코 모드에서 생성되는 제2고조파 성분의 진폭은 일반적으로 매우 작기 때문에 측정이 어려우며, 따라서 이를 이용하여 재료의 비선형 파라미터를 구하는 일이 지금까지 거의 불가능하였다. 그러나 액체-공기의 경계면에 초음파 빔을 집속하는 경우 동일한 왕복거리를 전파하는 투과법에 상응하는 크기의 제2고조파 진폭을 얻을 수 있음이 실험적으로 밝혀졌다. 따라서 집속 빔을 이용하여 고체시편의 비선형 파라미터를 투과법과 비슷한 정확도로 측정하기 위한 펄스-에코 비선형 진단기술을 개발할 필요가 있다. 본 논문에서는 이론적 연구로서 프레넬 존 플레이트에 기초한 빔 집속과 펄스-에코 모드에서 제2차 고조파의 거동을 시뮬레이션을 통하여 관찰하고, 이를 기초로 비교적 얇은 두께의 고체시편에 대하여 펄스-에코 모드에서 비선형 파라미터를 측정하기 위한 집속 빔 탐촉자의 최적 설계 조건을 도출하였다. When a nonlinear parameter is measured by the pulse echo method, the second harmonic component reflected at the stress free boundary (R =–1) is generally very small, making measurement difficult. However, when the beam is concentrated at the reflection surface, phase change occurs and the magnitude of the second harmonic after reflection increases. Therefore, when measuring nonlinear parameters in a solid, it is advantageous to generate a focused beam by using pulse reflection. In this study, beam focusing is induced by using constructive interference by diffraction, in accordance with the widely used Fresnel zone plate theory, instead of using acoustical lenses, which are heavy and difficult to use. The theoretical study was carried out through simulation in order to optimize the design and production of a beam-focusing ultrasonic transducer.

단일 센서와 공간집속 신호처리 기술을 이용한 복합재 판에서의 충격위치 결정

조성종(Cho, Sungjong),정현조(Jeong, Hyunjo) 한국소음진동공학회 2013 한국소음진동공학회 논문집 Vol.23 No.2

A structural health monitoring(SHM) technique for locating impact position in a composite plate is presented in this paper. The technique employs a single sensor and spatial focusing properties of time reversal(TR) and inverse filtering(IF). We first examine the focusing effect of back-propagated signal at the impact position and its surroundings through simulation. Impact experiments are then carried out and the localization images are found using the TR and IF signal processing, respectively. Both techniques provide accurate impact location results. Compared to existing techniques for locating impact or acoustic emission source, the proposed methods have the benefits of using a single sensor and not requiring knowledge of material properties and geometry of structures. Furthermore, it does not depend on a particular mode of dispersive Lamb waves that is frequently used in the SHM of plate-like structures.