초음파에 의한 결함평가 방법은 결과가 검사자의 경험과 지식에 의존되고 검사자에 따라 평가결과가 달라진다. 위상배열 초음파는 탐촉자 소자에 초음파를 발생하는 시간지연을 부여함으로서 초음파 빔의 집속방향과 위치를 전자적으로 제어할 수 있는 특징이 있으며 탐촉자를 움직이지 않고 결함의 평가가 가능하다. 본 연구에서는 위상배열 초음파의 전자적 스캔 특성을 이용하여 미소결함에 대한 크기평가의 기법에 대한 고찰을 하였다. 일반적으로 탐촉자를 움직여서 결함길이를 평가하는 기존의 방법은 결함의 길이가 아주 미소할 경우는 탐촉자의 이동거리 역시 미소하여 크기를 평가하기가 곤란하다. 따라서 전자적 스캔의 특성을 이용하여 미소결함에 대해서도 결함길이를 정확하게 평가할 수 있는 방법 및 기법에 대하여 고찰하여 그 유효성을 입증하였다.
배관용 비파괴 검사에서 자기누설방식을 이용하여 배관의 결함을 검출하도록 개발된 탐상 시스템 장비를 MFL PIG(Magnetic Flux Leakage Pipeline Inspection Gauge)라 한다. 이 장비는 투자율이 큰 금속 배관의 길이 방향인 축방향으로 자기장을 형성하고, 결함이 있는 부분에 발생하는 누설 자속 신호를 홀센서를 이용하여 검출한다. 하지만 MFL PIG는 배관에 축방향으로 발생한 미소결함에 대해서는 누설 자속의 발생량이 미세하여 결함 유무를 판별하기 어렵다. 본 논문에서는 배관에 발생한 축방향 미소결함을 검출하기위해 CMFL(Circumferential MFL) PIG를 적용하였고, 결함 주위에 발생한 누설 자속 신호의 크기 및 분포를 3차원 정자계 유한요소법을 이용하여 검출 및 분석하였다. 이러한 검출 신호로부터 길이, 폭, 깊이와 같은 결함의 형상을 판정하는 기법을 제안하였고 이를 CMFL PIG 모의 성능 실험을 통하여 비교 및 검증하였다.
비파괴 검사방법 중 자기누설 방법을 이용한 방법은 높은 자기 투자율을 갖고 있는 배관 검사에 적합하다. 자기누설 방식이 적용된 시스템을 MFL PIG라고 한다. MFL PIG는 금속 손실이나 부식과 같은 결함을 검출하는데 높은 성능을 보인다. 하지만 이 시스템은 축방향으로 자기장을 형성하여 투자율이 큰 금속 배관을 포화시켜 결함이 있는 부분에서 발생하는 누설자속을 검출하는 방식이기 때문에 축방향으로 발생하는 미소 결함은 자기장이 통과하는 단면이 작고 누설자속이 거의 없어 검출이 어렵다. 축방향 미소결함을 검출하기 위해 기존의 MFL PIG를 개선시킨 것이 CMFL PIG이며, 이것은 자기장을 원주방향으로 형성하여 결함에서의 자기 누설을 최대화 가능하다. 본 논문에서는 축방향 미소 결함의 검출이 가능한 CMFL 비파괴 검사 방법에 관한 논의와 이를 이용하여 축방향 결함의 위치이동에 따른 왜곡 신호의 분석 및 보정하는 방법에 관해 제안한다.
본 연구에서는 미소 결함주위에서 발생, 전파하는 균열들에 미치는 초기 결함 깊이와 상호 간섭 영향을 검토하기 위하여 기존 재료가 갖고 있는 결함이나 비금속 개 재물로 대신할 수 있다고 생각되는 미소 원공의 크기를 변화시킨 모델에 대해 유한 요 소법을 이용하여 3차원적으로 응력을 해석하였다. 실제 사용하고 있는 부재에 결함 들이 존재할 경우 응력장의 간섭으로 피로 균열 진전이 가속화됨으로 미소 원공 주위 의 응력 분포 및 미소 원공사이의 응력장의 간섭과 미소 원공에서 발생, 전파하는 표 면 균열의 응력 확대 계수에 미치는 영향에 대하여 비교검토 하였다.
Czochralski법으로 성장시킨 조화용융조성(48.6 mol%$LiNbO_3$)의 undoped 및 MgO-doped $LiNbO_3$ 단결정 내의 미소결함을 광학현미경 및 주사/투과 전자현미경을 이용하여 정밀분석하였다. Dopant 첨가 및 성장된 부위(g)에 따른 분역구조의 변화와 결함밀도를 측정함으로써 결함양상을 분석하고 최적 결정성장조건과의 상관관계를 고찰하였다. 강자성 분역벽 주변의 높은 결함밀도는 이 근처가 응력이 집중된 영역임을 반영하고, 특히 한쪽 방향의 분역벽에만 결함이 밀집된 결함구조를 가지고 있음을 확인하였다.
탄소강 평활재 및 미소결함재를 사용하여, 미소 정류크랙의 크랙 개폐구거동의 상세한 관찰과 초기결함을 상정한 미소 원공과의 상호 한계크기의 비교 검토를 통하여, 다음과 같은 결론을 얻었다. 평활재의 정규크랙은, 피로과정중에 압축잔류응역이 크랙선단의 개구를 억제하는 것에 의하여 정류하게 되고, 그 크기는 평활재의 피로한도를 저하시키지 않은 미소 원공의 한계크기와 거의 일치하여, 두 경우가 역학적으로 거의 등가함을 시사해 주고 있다.
MFL PIG는 배관의 단면적이 변화할 때 발생하는 누설 자기장을 검출하고, 검출 된 누설 자속 신호의 분포 및 크기를 이용하여 배관 내 외벽에 결함의 발생 유무를 검사하는 방법이다. 기존의 MFL PIG는 금속 손실이나 균열, 부식과 같은 결함을 검출하는데 효과적이었으나 배관 내 외부의 압력차로 인하여 발생하는 가로축 방향의 가늘고 긴 미소결함을 검출하기 위하여 원주 방향으로 자기장 누설을 최대화 할 수 있는 CMFL(Circumferencial MFL) PIG의 개발이 필요하다. 본 논문에서는 자계 해석 기법 및 3차원 비선형 유한요소법을 이용하여 CMFL PIG를 설계하고 배관의 결함 유무에 따른 누설 자계 분포를 분석하였다. 또한 CMFL PIG와 함께 결함 검출 성능 검증을 위한 모의시험 배관과 결함 및 고정 구조물을 제작하고, 이를 이용한 실험으로 누설 자계 신호를 측정하여 결함의 형상변화가 검출 신호에 미치는 영향을 비교 및 검토하였다.
회전 편광자 영의 Spectroscople Ellipsometer를 제작하였다. 각 부품의 미소결함에 의한 오차를 추정하고 이들 각 부품의 미소결함이 Ellipsometric 상수들에 미치는 영향을 보정하여 정확도를 향상시키는 관련표현들을 유도하였다. Straight through operation에 대한 성능 평가 결과 파장 대역 400nm-600nm 내에서 tan$\psi$ 와 cos$\Delta$ 의 편차는 0.2% 내외로 만족할 만한 것으로 판단되었다. 광학 박막을 중심으로 Spectroscopic Ellipsomter를 사용한 연구에 대하여 실험예를 중심으로 논의하였다.
The behavior of fatigue was studied by using low carbon steel bar with microhole(artificial small defect) under the condition of rotary bending stress which is made artificially at smooth surface and round notch root. The results obtained can be summerized; The behavior of non-propagating cracks which are produced at both tips of small defect occurred to dissymmetry, and it is found to be double size of small defect. For the range of l>lc, threshold stress intensity is constant. However, for the range of l
The behavior of fatigue was studied by using low carbon steel bar with microhole(artificial small defect) under the condition of rotary bending stress which is made artificially at smooth surface and round notch root. The results obtained can be summerized; The behavior of non-propagating cracks which are produced at both tips of small defect occurred to dissymmetry, and it is found to be double size of small defect. For the range of l>lc, threshold stress intensity is constant. However, for the range of l
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[게시일 2004년 10월 1일]
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