산란 초음파의 주파수 특성을 이용한 단일 섬유 복합재료의 인터페이즈 평가법 개발

Development of a Method for Characterizing Single-Fiber Composite Interphase from Frequency-Domain Characteristics of Ultrasonic Scattered Waves

본 연구에서는 산란 초음파의 주파수 특성을 이용하여 단일 섬유 복합재료내 인터페이즈의 물리적 성질을 측정하는 방법을 제안하고, 그 가능성을 이론적으로 고찰하였다. 그 결과 주파수 영역에서 나타나는 산과 골의 위치 및 크기가 인터페이즈의 성질에 의해 상당한 영향을 받음을 보임으로써 이 방법의 타당성을 확인하였다. 산란 초음파의 주파수 거동은 산란체의 공명과 관련되어 있지만 공명 피크가 음향파의 경우만큼 두드러지지 않아 기존의 음향 공명산란이론을 바로 적용할 수 없었다. 산란초음파의 주파수특성으로부터 인터페이즈의 성질을 구하는 역문제의 해법으로서 신경회로망을 구성하였으며, 이를 사용하면 대부분의 경우 인터페이즈의 성질을 상당히 정확하게 추정할 수 있었다.

A method is proposed to characterize single-fiber composite interphases from the frequency-domain characteristics of scattered ultrasonic waves, and its feasibility is investigated theoretically. It has been shown that the locations and magnitudes of the peaks and valleys in the frequency domain are affected significantly by the interphase properties, which may indicate the effectiveness of the proposed method. Although the frequency-domain behavior is basically associated with the resonance of the fiber-interphase system, it is not dominantly affected by the scatterer's resonance unlike that in the case of acoustic wave scattering. Therefore, the conventional acoustic resonant scattering theory is not directly applicable to the characterization of composite interphases. In order to solve the inverse problem of predicting the interphase properties from the frequency-domain characteristics of the ultrasonic scattered waves, an artificial neural network has been constructed. This approach has demonstrated reasonable accuracy in most cases considered in this study.