• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회A
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• pp.560-564
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• 2008

풍력발전에 사용하는 풍력터빈의 블레이드의 적어도 20년 이상의 설계수명이 요구된단. 블레이드는 바람에 의한 압력, 지지대 구조에 의해서 가해지는 힘과 모멘트에 의해 블레이드에 변형이 가해진다. 특히 바람에 의해 블레이드는 연속적인 하중을 받아서 재료를 손상시킨다. 본 연구에서는 블레이드와 허브로 구성된 모델을 이용하여, 전산유체해석을 일차적으로 수행하여 블레이드 주변의 압력분포를 구하였다. 계산된 압력을 이용하여 다음 단계로 유한요소해석을 수행하여 블레이드 재료에 발생하는 응력을 계산하여 피로해석을 수행하였다. 피로해석을 통해 재료에 미치는 손상률을 구하였다. 다양한 블레이드 피치 각도과 바람의 속도에 따라 해석결과를 비료 분석하였다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제2권4호
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• pp.619-625
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• 2016

본 논문에서는 풍력 발전 시스템에서 발생 가능한 고장 중 블레이드에 대한 고장 진단 방법으로 자이로 센서를 이용한 각속도 측정을 통해 고장 진단용 모니터링 시스템을 제안한다. 제안하는 방법은 우선 손상이 발생하지 않은 상태의 블레이드 회전에 대한 각속도 dataset을 구성한다. 블레이드 상태 판별을 위한 dataset 구성이 되었다면, 임의의 상태에 대한 블레이드가 부착된 풍력 발전기를 일정한 힘을 가해 회전시킨 후 최종적으로 블레이드의 손상 정도에 따라 발생하는 각속도의 차이를 비교하여 블레이드의 고장 진단에 대해 판단한다. 실험 결과 정상 상태의 블레이드는 초당 1회 (초당 $360^{\circ}$) 이상의 속도로 회전을 진행하며, 손상 상태의 블레이드는 초당 1회 미만의 속도로 회전하며 표준 편차가 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

• 비파괴검사학회지
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• 제35권3호
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• pp.179-184
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• 2015

본 연구에서는 풍력 블레이드의 피로손상으로 발생하는 음향방출신호의 특성을 살펴보기 위하여 길이 48 m의 풍력 블레이드 flap fatigue test를 100만 회까지 실시하였다. 60만 회까지는 hit수와 total energy가 꾸준히 증가하는 것으로 보아 블레이드의 손상이 지속되는 것으로 보이며, 주 손상기구는 rise time의 분석결과 기지균열의 생성과 성장으로 판단되었다. 또한 채널별 신호 분석을 통해 가장 손상을 많이 받은 부위가 체결부 20 m 지점의 skin과 spar의 접합 부위로 추정하였고 실제 손상 부위는 육안검사를 통해서도 확인되었다. Event source location 결과는 각 채널의 total energy 변화와 관련이 있었으며, 이러한 결과가 반영됨으로써 풍력 블레이드의 최적 설계에 유용할 것으로 판단된다.

• 비파괴검사학회지
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• 제33권5호
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• pp.452-458
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• 2013

풍력 발전 블레이드에서 손상 발생 및 진전을 모니터링하기 위한 임피던스 기법에 대한 고찰을 하였다. 본 연구에서는 PVDF 필름 피에조 센서를 제작하여 10 kW 급 풍력 발전 블레이드에 부착하여 피로하중의 부하에 따른 임피던스 신호를 1-200 MHz 주파수 영역에서 측정하였다. 피로하중을 부하함에 따라 블레이드의 처짐과 국부적인 변형률의 변화가 발생하였고, 임피던스 신호의 패턴에서의 변화를 감지할 수 있었다. 임피던스와 변형률 그리고 처짐 신호로부터 블레이드의 국부적인 손상 혹은 기하학적 변화가 발생하였음을 알 수 있었다. 임피던스 신호의 정성적인 비교를 정량적으로 비교하기 위하여 통계적인 접근으로 스칼라 손상 지수 M을 사용하였다. 피로 하중의 부하와 센서 위치에 따른 지수 M을 계산할 수 있었고, 이들 값을 비교하여 지수와 손상을 상관지을 수 있었다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제14권spc호
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• pp.22-30
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• 2020

복합재 헬리콥터 로터 블레이드는 두께방향으로의 강도가 부족한 구조적인 특성으로 인해 외부 물체의 충돌에 의해 내부 구조물에 손상이 발생하기 쉬운 단점을 지니고 있다. 따라서 복합재 블레이드의 피로 평가 시 외부 물체의 충돌에 의해 발생하는 결함과 강도저하 현상을 함께 고려해야 한다. 이를 위해 내결함 안전 수명(flaw tolerant safe-life) 및 파손안전(fail-safe) 개념을 이용한 피로평가 방안이 1980년대부터 적용되었으며, 최근에는 회전익 항공기의 감항기준에 위의 두 개념이 손상허용(damage tolerance) 평가 방안으로 대체되었다. 본 논문에서는 회전익 항공기에 사용되는 섬유강화 복합재 로터 블레이드를 중심으로 피로수명을 평가하기 위한 관련규정을 분석하고, 국내 헬기 개발사업 등을 통해 적용된 사례들을 검토함으로써 충격손상을 고려한 섬유강화 복합재 로터 블레이드의 피로 평가 방안을 제시하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권7호
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• pp.713-720
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• 2015

저압터빈 최종단 블레이드는 발전설비의 대용량화에 따라 대형화 되고 있으며, 터빈을 구성하는 모든 블레이드 중 상대적으로 그 크기가 가장 크다. 그 결과 블레이드는 매우 높은 원심력과 낮은 고유 진동수 특성을 가지며 그에 따른 각종 손상이 발생하게 된다. 최근 국내에서 가동연수 증가와 잦은 기동정지에 따른 저압터빈 최종단 블레이드의 손상이 자주 보고되고 있어, 본 연구에서는 유한요소법을 이용하여 원심력에 의한 응력해석, 응력경화효과에 따른 고유진동수 해석 및 조화응답해석을 수행 하였다. 그 결과 예측된 블레이드의 에어포일 선단부 최대 피로응력의 위치와 실제 균열의 발생위치가 일치함으로써 피로손상에 의한 결과임을 확인하였고, 노치에 의한 등가피로한도가 노치피로한도에 접근하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권12호
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• pp.1153-1157
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• 2013

증기터빈의 터빈 블레이드는 발전소 핵심설비 중 하나로, 로터의 디스크에 결합되어 회전함으로 써 증기 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜주는 역할을 하고 있다. 최근 터빈의 잦은 기동정지로 인해 블레이드 회전에 따른 원심하중이 반복적 작용하고 이에 따른 저압 증기터빈 최종단 블레이드의 손상이 자주 보고되고 있다. 본 논문에서는 터빈 블레이드에 발생되는 손상을 분석하여 블레이드에 발생되는 저주기 피로수명을 평가하였다. 증기터빈 최종단 블레이드의 균열발생 수명을 결정하기 위해 유한요소법으로 계산한 탄성응력에 Neuber's rule을 적용하여 진변형율 진폭을 계산하였으며, 예측된 수명과 블레이드 실제 기동정지횟수가 잘 일치됨을 보였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제31권1호
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• pp.68-76
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• 2011

음향방출기법은 구조물에 존재하는 손상 및 손상 메커니즘을 규명하는 가장 유효한 비파괴검사 수단으로 널리 이용되고 있다. 최근 이러한 재료 및 구조의 내부 손상의 실시간 모니터링이 가능한 기법을 활용하여 풍력 블레이드와 같은 대형 구조물의 건전성을 실시간으로 감시 가능하도록 하는 연구가 각광 받고 있다. 이러한 실시간 건전성 모니터링을 위해서는 손상 징후를 조기에 발견 가능하여 손상으로 인한 큰 피해가 발생하지 않도록 하는 능력이 필수적으로 요구된다. 이 논문에서는 신호 맵핑 기법을 이용한 새로운 손상 검출 기법의 제안 및 750 kW 블레이드 부분 시편을 이용한 검증 시험을 다루었다. 검증 시험 결과 신호 맵핑 기법은 시간 도달차 기법과 비교하여 낮은 위치 오차율과 높은 위치 표정 결과를 나타내었다. 신호 맵핑 기법은 기존 기법과 비교하여 센서 부착 위치 선정에서도 유연함을 가지는 것을 확인하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제33권5호
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• pp.443-451
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• 2013

음향방출기법은 구조물에 존재하는 손상 및 손상 메커니즘을 규명하는 가장 유효한 비파괴검사 수단으로 널리 이용되고 있다. 최근 이러한 재료 및 구조의 내부 손상의 실시간 모니터링이 가능한 기법을 활용하여 풍력 블레이드와 같은 대형 구조물의 건전성을 실시간으로 감시 가능하도록 하는 연구가 각광 받고 있다. 이 논문에서는 선행 연구를 통하여 개발된 신호 맵핑 기법을 사용하여 750 kW 블레이드에 외부 손상을 가정한 임의의 외부 충격을 가하여 위치 탐지 결과의 정확성을 확인하고, 100 kW 블레이드의 정하중 시험 시 발생하는 음향방출신호를 측정하여 손상이 발생된 것으로 의심되는 지역을 탐지하는 실험을 실시하였다. 실험 결과 발생된 모든 외부 충격신호에 대하여 낮은 오차범위를 가지는 결과를 보였으며, 정적하중실험동안 측정된 음향방출신호와 실제 손상 발생 위치의 비교를 통하여 새로운 신호 맵핑 기법으로 블레이드에서 발생되는 내부 손상을 매우 높은 정확도로 위치 표정이 가능함을 확인하였다.

• 기계저널
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• 제54권7호
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• pp.28-33
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• 2014

최근 풍력에너지 발전기술이 해상 풍력 및 대형 풍력으로 천이되어 감에 따라 더 향상된 신뢰성 기술을 요구하고 있고, 풍력 블레이드는 풍력발전시스템에서 고장 빈도가 비교적 낮지 않고, 고장 발생 시 심각도가 상대적으로 높아 신뢰성을 고려해야 하는 부품이다. 블레이드 제작 생산 과정과 사용 중에 발생하는 손상 및 결함은 신뢰성의 심각성에 큰 영향을 미치고 있어 본 기술에서는 블레이드에서 발생할 수 있는 결함 유형, 결함을 탐지하는 기술 그리고 신뢰성을 평가하는 시험/평가 기술에 대하여 소개하고자 한다.