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系統識別號 U0026-1008201014512100
論文名稱(中文) 時間反轉法應用於平板裂縫偵測
論文名稱(英文) Application of time reversal method to detect cracks in solid plate
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 系統及船舶機電工程學系
系所名稱(英) Department of Systems and Naval Mechatronic Engineering
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生(中文) 黃彥叡
研究生(英文) Yen-Jui Huang
電子信箱 reay519@gmail.com
學號 p1696118
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 65頁
口試委員 指導教授-楊澤民
口試委員-涂季平
口試委員-沈聖智
口試委員-王智中
中文關鍵字 時間反轉法  裂縫  散射波  訊雜比 
英文關鍵字 Time reversal method  Crack  Scattered wave  Signal to noise ratio 
學科別分類
中文摘要 現代聲學中的時間反轉法(Time Reversal Method, TRM)概念已經應用在結構健康檢測的研究中,而時間反轉法理論目前已經發展到可經由表面波的傳遞以檢測結構是否有裂縫的產生。本研究將利用表面波經由結構裂縫所引發之散射波(Scattered Wave),並結合時間反轉法來偵測裂縫位置。
本研究首先運用ANSYS有限元素分析軟體,以模擬的方式進行理論上的驗證。利用平面彎曲波經過結構裂縫處會產生的散射效應,藉由振動學理論計算出散射訊號後,再結合時間反轉法計算出裂縫位置。其次以實驗來驗證時間反轉法理論應用於平板裂縫偵測的可行性。另外在有限元素數值分析計算中,再探討訊雜比(Signal to Noise Ratio, SNR)的大小對於時間反轉法的還原影響,以及陣列效應對於訊號重建的效果。
英文摘要 Through the success of acoustic development, the concept of the time reversal method is currently being applied in structural health monitoring by the transmission of surface waves. The transmission of surface waves is used to detect the structural cracks in many fields. In this study, the scattered signal of the surface waves due to crack of a structure is utilized to pinpoint the crack location through the time reversal method.
In the present investigation, the finite element analysis is applied to simulate the surface wave propagation and to verify the effectiveness of using the time reversal method for locating a crack on a plate. The flexural waves in the plate will produce scattered waves when they propagate through the crack of a plate. The scattered waves may be used to calculate the cracks’ location by applying the time reversal theory and the vibration theory together. Experiments have been conducted and prove the feasibility of using the time reversal method to detect crack locations. The signal to noise ratio effect and the array effect in sending and receiving signals are also studied to prove the method’s credibility.
論文目次 摘要 I
Abstract II
誌謝 III
表目錄 VI
圖目錄 VII
符號說明 IX
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 研究概念與目的 3
1-4 本文架構 8
第二章 基礎理論與訊號分析 10
2-1 前言 10
2-2 非破壞性檢測(Non-Destructive Testing, NDT)[21] 10
2-3 時間反轉法理論(Time Reversal Method Theory, TRM)[13,15] 17
2-4 平板之振動分析理論 21
2-5 應用於平板之彎曲波(Flexural Waves) 23
2-6 奈氏定理(Nyquist Theorem) 25
2-7 交相關函數(Correlation Coefficient) 26
2-8 訊雜比(Signal to Noise Ratio, SNR) 27
2-9 Morlet函數 28
2-10 有限元素之暫態動力學分析[22] 29
第三章 數值模擬 31
3-1 前言 31
3-2 時間反轉法應用於平板裂縫偵測的可行性 31
3-3 雜訊影響訊號之還原能力分析 33
3-4 時間反轉法陣列之訊號還原性效能 34
3-5 數值分析流程 35
第四章 實驗量測 38
4-1 前言 38
4-2 實驗儀器配置 40
第五章 分析過程與結果討論 42
5-1 前言 42
5-2 時間反轉法應用於平板裂縫偵測之結果探討 42
5-3 訊雜比的多寡對於訊號還原性的影響之結果探討 46
5-4 時間反轉法陣列之訊號還原性效能之結果 49
第六章 結論與建議 56
6-1 結論 56
6-2 建議 57
參考文獻 59
附錄1 平板模型尺寸 61
附錄2 壓電薄膜規格 62
附錄3 實驗規劃之量測點位置 63
附錄4 陣列接收端之詳細位置 64
自述 65
參考文獻 [1] Charkroun N., Fink, M. and Wu F., “Ultrasonic Non-Destructive Testing with Time Reversal Mirrors”, IEEE Ultrasonic Symposium. Proc., pp.809-814, 1992.
[2] Charkroun N., Fink, M. and Wu F., “Time Reversal Processing in Ultrasonic Non-Destructive Testing”, IEEE Trans. UFFC., pp.1087-1098, 1995.
[3] Charkroun, N., Wu, F. and Fink, M., “Improvement of Time Reversal Mirror in Detection of Small Cracks and Metallurgical Defects in Sample with Ultrasonic Speckles Noise Level”, IEEE Ultrasonic Symposium. Proc., pp.705-710, 1993.
[4] Draeger, C., Cassereau D., and Fink, M., “Theory of the Time Reversal Process in Solids”, J.A.S.A., pp.1289-1295, Sep 1997.
[5] Doaglas C. Montgometry, Geotege C. Runger, “Applied Statistics and Probability for Engineers”, John Wiley & Sons, New York, 1994.
[6] Fink, M., “Time-Reversal Mirrors”, J. Phys, D Appl, Phys, Vol.26, pp.1135-1142, 1993.
[7] Fink, M., “Time-reversal Acoustics”, Physics Today, pp.34-39, March , 1997
[8] Fink, M., et al., “Self-Focusing in Inhomogeneous Media with Time Reversal Acoustic Mirror”, IEEE Ultrasonic Symposium. Proc., pp.681-686, 1989.
[9] Gaul, L. and Hurlebaus, S., “Identification of Impact Location on A Plate Using Wavelet”, Mechanical System & Signal Processing, Vol.12(6), pp.783-795, 1998.
[10] Ing, R. K., Fink, M., “Time Reversal Lamb Wave”, IEEE UFFC, Vol.45, No.4, pp.1032-1043, 1998.
[11] Kuperman, W. A., Hodgkiss, W. S., Song, H. C., Akal T., Ferla C., and Jackson, D. R., “Phase Conjugation in the Ocean: Experimental Demonstration of An Acoustic Time-Reversal Mirror”, J, Acoust. Soc. Am., Vol.103, pp.25-40, 1998.
[12] Newland, D.E., “An Introduction to Random Vibrations, Spectral and Wavelet Analysis”, 3rd Edition, Wiley, New York, 1993.
[13] Park, H. W., Sohn, H., Law, K. H. and Farrar, C. R., “Time Reversal Active Sensing for Health Monitoring of A Composite Plate”, Journal of Sound and Vibration, 302, pp.50-60, 2006.
[14] Soedel, Werner., “Vibrations of Shells and Plate”, Marcel Dekker, America, 1993.
[15] Sohn, H., Park, H. W., Law, K. H. and Farrar, C. R., “Damage Detection in Composite Plate by Using An Enhanced Time Reversal method”, Journal of Aerospace Engineering, pp.141-151, July 2007.
[16] Thomas, J. L., Wu, F. and Fink M., “Self Focusing on Extend Objects with Time Reversal Mirror, Applications to Lithotripsy”, IEEE Ultrasonic Symposium. Proc., pp.1809-1813, 1994.
[17] Urick, Robert J., “Principle of Underwater Sound”, 3th Edition,McGraw-Hill Book Company, California, 1986.
[18] 邱永盛、陳琪芳等,“水下感測器網路之研究─主被動時域反轉法與載具運動應用於水下通訊之研究”,海洋及水下科技季刊,第十八卷第四期,2008 年。
[19] 林明宏,“時間反轉陣列之聚焦解析度分析”,國立台灣大學工程 科學及海洋工程學研究所,碩士論文,中華民國九十五年七月。
[20] 吳昊,汪承灝及張碧星,“固體波導中的時間反轉法研究”,中國 科學院聲學研究所,碩士論文,二零零三年七月。
[21] 陳永增、鄧惠源著,“非破壞檢測”,全華科技圖書股份有限公司, 89年10月。
[22] 劉晉奇、褚晴暉,“有限元素分析與 ANSYS 的工程應用” (Engineering Applications of Finite Element Analysis with ANSYS), 滄海書局,2006。
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  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2012-08-13起公開。
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