본고에서는 열유도 적외선 열화상 기법의 원리와 응용에 있어 기초적인 개념, 특정 상태량 및 실험적 기법에 대하여 소개하도록 한다. 유도 열화상 기법에 적용되는 유도 주파수의 범위는 1500 Hz ~ 52 MHz이며 강자성 강재 단조 부품의 표면결함 검출에 사용되어진다. 균열 검출 감도는 자분탐상기법과 유사하나 필요한 경우 유도 주파수를 낮춤으로서 강재에 숨겨진 결함을 검출할 수 있다. 탄소섬유강화폴리머(CFRP)에서는 섬유 결함을 검출하며, 실리콘 태양 전지에서는 양호한 열적 콘트라스트와 함께 균열을 검출한다. 유도 열화상 기법의 향 후 대표적인 활용분야로는 레일 및 휠과 같은 철도 구성요소에서의 결함 탐상이 있다[1].
본 연구에서는 초음파원자현미경을 이용하여 비파괴적인 표면탄성이미지 분석과 나노표면에서의 기계적 물성 평가를 연구하였다. 이를 위해 접촉역학 특성에 따른 캔틸레버의 공진주파수 변화를 이론적으로 해석하고 실험적으로 측정하였다. 스프링-질량 모델과 Herzian 이론을 이용하여 계산한 이론적인 접촉공천주파수는 초음파원자현미경 캔틸레버의 실험적인 접촉 공진주파수의 변화와 매우 유사하였다. 결과적으로, 초음파원자현미경의 표면 높이 이미지와 진폭이미지를 성공적으로 얻을 수 있었고 진폭신호를 통하여 시료표면에서의 탄성특성을 정성적으로 평가하였다.
현장에서는 콘크리트 공사시 거푸집 탈형작업을 위한 다양한 기술들이 활용되고 있다. 그중에서 콘크리트의 압축강도추정을 위한 비파괴 시험방법에는 다양한 방법들이 제시되고 있지만, 일반적으로 타격법(반발경도법이라 칭함)과 비타격법(초음파법이라 칭함)을 활용한 시험방법이 주로 활용된다. 비파괴시험에 의한 압축강도의 추정은 경험 값에 의한 방정식에 의하여 계산할 수 있으며 다양한 식들이 제시되고 있으나, 초기재령에서 조기강도가 발현되는 콘크리트에 대한 데이터는 적은 편으로 기존의 강도추정식에 의한 압축강도의 계산에는 한계점이 있을 수 있다. 본 연구에서는 현장에서 주로 활용되는 조기탈형용 콘크리트의 배합을 활용하여 소형 공시체 및 Mock-up 시험체의 파괴 및 비파괴검사를 수행하였으며, 기존 비파괴검사 추정식을 통한 강도 결과 값을 분석하였다. 실험결과, 기존 연구의 비파괴시험에 의한 제안식을 활용한 압축강도 추정값은 파괴시험방법에 비하여 하회하는 경향으로 70% 이하의 값을 나타냈으며, 초음파속도에 의한 신뢰성은 강도가 높아질수록 낮아지는 것으로 확인되었다. 본 연구의 범위에서 조기강도 발현 콘크리트의 강도추정에 있어 기존식의 활용의 한계점이 있을 것으로 분석되어, 24~60MPa의 콘크리트를 대상으로 반발경도법 및 초음파속도법에 의한 추정식을 제안하였다.
본 논문에서는 비파괴 검사를 통하여 얻어진 항공 갑판 영상에서, 조직의 이상이나 결함의 정도를 자동으로 검출하는 방법을 제안한다. 비파괴 검사를 통하여 얻어진 항공 갑판 영상에서 감마상관 변환과 $7{\times}7$ 소벨 마스크와 $13{\times}13$ 소벨 마스크를 각각 적용하여 윤곽선을 추출한다. 추출된 윤곽선 영역을 평활화와 평균 이진화 기법을 적용하여 영상을 보정한다. 보정된 영상에서 침식 연산과 팽창 연산을 이용하여 잡음을 제거한 후, 라벨링 기법을 적용하여 항공 갑판의 결함 영역을 추출한다. 본 논문에서 제안한 방법을 다양한 항공 갑판 영상을 대상으로 실험한 결과, 기존의 방법보다 항공 갑판에서 결함을 추출하는데 효과적인 것을 확인하였다.
펄스 열화상에서 서모그램 등 데이터의 플롯에 의해 표시되어지는 로그-로그 플롯을 활용해서 특정하게 정류(rectification)하여 펄스 서모그램을 잘 사용하도록 정의하고 열화상 신호복원(thermographic signal reconstruction; TSR) 기법에 의해 실험 데이터를 피팅하도록 한다, 이와 같은 물리적인 해석 및 수학적 대수기법에 의해 펄스열화상은 단순하면서도 효율적인 정규화가 가능하게 될 수 있다. 펄스열화상의 최적화는 로그대수 유도로 비교되는 콘트라스트(contrast)의 초기 검출과 TSR의 사용이라는 두 가지 돋보이는 접근 방법에 기반하여 이루어진다. 펄스자극열화상을 최적화하기 위해서 두 개의 매개변수, 즉 결함 콘트라스트의 신호 대 잡음비와 추출에 대한 선인식을 고려하는 것이 필요하다.
지하구조물의 건전성을 평가하기 위한 비파괴시험으로써 탄성응력파를 이용한 충격반향탐사법을 수치해석적인 방법을 통하여 수행하였다. 즉, 일면만으로 접근 가능한 터널 면에서의 충격가진과 동적응답의 측정으로 이질면을 포함한 내부의 상태를 예측할 수 있다. 연구의 수행은 탄성거동을 하는 매질 내부에서 전파되는 탄성응력파의 특성을 이해하고, 이를 동적 유한요소해석으로 모형화하여 충격반향탐사법을 수치해석적으로 수행한다. 이질재료가 2개의 층을 이루고 있는 경우 표면층의 두께를 쉽게 측정할 수 있었으며, 구조물의 병진운동, 휨운동과 구조물 내에서 다중반사되는 탄성응력파에 의한 복합적인 영향을 받는 터널과 같은 원통형 구조물에서 동적응답의 주파수 특성으로부터 터널라이닝 내부에 형성된 공동의 위치와 크기의 예측이 가능하였다. 수치해석적인 방법과 병행하여 다양한 형태의 경계조건을 가지는 구조물에 대한 충격반향탐사법의 실험을 수행할 경우 실제적인 문제에 적용, 건전성 평가의 지표를 마련할 수 있을 것으로 사료된다.
적외선 열화상을 이용한 비파괴검사는 다양한 산업분야로 활용도가 확장중이다. 또한, 적외선 열화상을 이용한 용접부의 비파괴검사도 다양하게 진행중이다. 현재는 전기저항 점용접부의 비파괴검사는 방사선 검사를 주로 진행하고 있다. 본 연구는 광 적외선 열화상 비파괴검사를 이용하여 전기저항 점용접부의 용융부(너깃)의 영역을 측정하였다. 실험결과 펄스 적외선 열화상검사 방법을 활용할 경우 짧은 시간안에 명확한 용융부의 검출이 가능함을 확인하였다.
콘크리트 비파괴강도 추정식은 일반적으로 콘크리트 강도를 결정하는데 사용된다. 그러나 기존의 추정식들은 대부분 제한된 실험 변수를 토대로 제안되어 배합조건, 강도특성 등이 다양한 실제 공용중 교량의콘크리트 압축강도 추정시 많은 오류를 포함한다. 본 연구에서는 297개 공용 교량의 정밀안전진단 결과 중 콘크리트 비파괴시험 및 현장 코어강도 시험결과를 토대로 콘크리트 부재의 코어강도와 비파괴 추정강도 평가결과를 비교분석하였다. 분석결과 분석이 이루어진 기존 추정식들 중 일본건축학회 CNDT소위원회 강도계산식이 다른 추정식에 비하여 실제파괴강도와의 오차가 가장적고 상관분석의 신뢰도도 가장높은 것으로 검토되었다. 그러나 이 추정식은 코어강도가 30 MPa이상일때 추정강도는 과소평가되는 것으로 나타났다. 이에 본 논문에서는 추정식에 의한 강도와 현장 코어강도사이의 관계를 활용하여 회귀분석을 통한 개선된 비파괴강도 추정식을 제안하였다.
본 논문에서는 누설자속탐상에 대한 전자기 수치해석을 수행하였다. 수치해석방법으로 2차원 유한요소법을 이용하였다. 자기벡터포텐셜을 미지수호 사용하였으며, 자기비선형(磁氣非線型)을 고려한 자장해석을 수행하여 자기포화에 의한 영향을 고려하였다. 수치해석 결과를 검증하기 위하여 실험장치를 자체 제작하여 실험을 수행하였다 시료로는 SM 45C 탄소강을 사용하였으며, 표면에 몇 가지 결함을 생성하였다. 시편과 실험장치를 이용하여 결함을 검출하는 비파괴검사를 수행하였다. 결함의 깊이 변화 및 결함의 형상변화에 대하여 결과를 비교 검토하였다. 수치해석 및 실험에서 유사한 결과를 얻었으며, 수치해석을 통하여 누설자속탐상의 시뮬레이션이 가능함을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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