CFRP 복합 재료를 접착 접합한 single-lap 및 double-lap 접합 시험편의 disbond 크기를 초음파 C-scan 및 simulated stress wave를 이용하여 정량적으로 평가하고자 하였다. 초음파 C-scan 시험을 통해 인공 결함의 크기가 확인된 시험편을 사용하여, 접합부를 통과한 응력파의 주파수를 변화시키면서 peak amplitude를 측정하여 주파수 응답성을 구하였으며, 이를 분석한 결과 두 적층판의 두께 방향 기본 공진 및 3차 공진 주파수에서 peak amplitude가 극값을 보이며, 접합 면적에 비례함을 관측할 수 있었다. 이 결과로 표준시험편만 준비된다면 결함의 정량적 평가 및 현장 적용에도 이용할 수 있을 것으로 기대된다.
비파괴 평가 기술들 중의 하나인 레이저 초음파 응용 기술은 각종 구조물에 존재하는 표면결함에 의한 신호를 통해 건전성을 평가하는 기법이다. 따라서 결함의 신뢰성 높은 정량적 평가를 위해서는 결함으로부터의 레이저 초음파 신호특성에 대한 기본적 이해가 필수적이며 따라서 이를 위한 신호해석 연구가 요구된다. 본 연구에서는 레이저유도 초음파에 의한 one-sided 기법을 이용하여 표면균열을 평가하고자 하였다. 하지만 레이저를 이용한 평가방법들은 수신된 신호의 해석이 까다로우며 또한 상당한 전문적인 지식이 요구된다. 웨이블렛 변환(wavelet transform, WT) 기법은 신호처리 분야에서 하나의 새로운 방법으로서 다양한 분야에 적용되고 있으며 특히 한 시점에 대한 주파수 분해가 가능한 신호처리 방법으로서 시간-주파수 분석에 아주 유용하게 이용되고 있다. 본 연구에서는 이러한 레이저 유도 초음파를 이용하여 재료의 표면 결함신호들에 대한 웨이블렛 변환기법을 적용하여 보다 정량적인 결함 크기를 예측하고 그 타당성을 평가하고자 하였다.
본 SP시험법은 사용되는 시편이 미소하다는 장점 때문에 재질의 평가나 더불어 비파괴검사의 일환으로서 이용할 수 있음을 서명해 왔다. 현존하고 있는 거대구조물들의 잔존수명평가가 요 구되는 있는 지금, 정량적인 경년변화측정방법으로서 SP시험법은 높은 가능성을 내포하고 있는 시험법으로 여겨지며, 이 방법을 현장에 정착시키기 위해선 산. 학. 연의 공동연구체제가 필요 하다고 할 수 있다.
대표적인 비파괴 평가 기술들 중의 하나인 초음파응용 기술은 각종 구조물에 존재하는 내부결함에 의한 산란신호를 통해 건전성을 평가하는 기법이므로 결함의 신뢰성 높은 정량적 평가를 위해서는 결함으로부터의 초음파 산란신호특성에 대한 기본적 이해가 필수적이며 따라서 이를 위한 모델링 수치해석 연구가 요구된다. 모델링 기법들은 비파괴 평가기술에 있어서 중요한 역할을 하고 있고 많은 모델링 기법들이 결함의 탄성파 산란문제를 해석하기 위하여 사용되어 오고 있다. 본 연구에서는 다양한 수치기법들 중 탄성파 산란문제 해석에 있어 많은 장점을 가지고 있는 동탄성 경계요소법에 대하여 자세히 소개하고, 응용 예로서 경계요소법을 이용한 기공결함의 수평횡파 산란장 해석과 표면균열의 표면파 산란장 해석을 소개한다.
유도초음파의 모드전이현상에 관한 연구가 박판구조물의 두께변화에 대한 비파괴평가를 위해 수행된다. 탐촉자와 시험체간의 접촉상태에 따른 불안정성을 제거하여 보다 신뢰도높은 방법으로 유도초음파실험결과를 얻을 수 있도록 하는 자가교정과정을 통해 반사와 전달계수의 비(R/T)가 측정된다. R/T에 관한 결과들은 구조물의 두께감소를 결정하는 데 사용될 수 있다. 실험측정값과 두께변화간의 의미있는 연관성을 도출하기 위해서는 자가교정 유도초음파검사에 입사모드뿐만 아니라 전이된 이종모드까지도 함께 고려되어야 함이 증명되었다. 이 연구를 통해, 정량적 비파괴검사기법으로서의 유도초음파검사기법의 가능성이 유도초음파 산란문제에 있어 자가교정과 다중모드전이를 함께 고려함으로써 검토되었다.
재료의 노화에 의한 강도 및 인성 감소치를 정량적으로 평가하는 비파괴적 기법의 개발이 시도되고 있으며 전기비저항법도 그 중의 하나이다. 본 연구에서는 전기비저항법의 열화도 평가에의 적용성을 살펴보기 위해 먼저 6종 10 가지의 비자성 금속을 측정시료로 선택하여 직류 two-point probe법(혹은 2탐침법)으로 전기비저항을 계산한 결과와 비접촉식 와전류 방법으로 전기비저항을 측정한 결과를 서로 비교하였다. 또한, 1Cr-1Mo-0.25V강에 대하여 비파괴적 측정 방법인 four-point probe 방법(혹은 4탐침법)을 사용하여 얻은 결과와 기존의 2탐침법을 사용하여 얻은 결과를 서로 비교하여 현장에서의 4탐침 기술의 적용 가능성을 살펴보았다. 1Cr-1Mo-0.25V강에 대하여 2탐침법으로 구한 비저항 값과 4탐침법으로 구한 비저항 측정값의 차이는 0.6%였다. 따라서 4탐침법을 사용하여 현장에서 금속소재의 열화도의 비파괴적 평가가 가능하다고 사료된다.
에너지 변환설비와 관련된 기계구조물의 내열재료는 $350^{\circ}C{\sim}550^{\circ}C$의 온도범위에서 장시간 사용되는데 이때 조직의 결정입계에는 불순물 원소(P, Sn, Sb등)의 편석과 탄화물의 석출 등으로 인하여 재료의 취화 현상이 발생되고, 그로 인해 입계강도의 저하가 초래된다. 따라서 노후화된 고온설비의 안전성 및 효율적인 운전조건을 확보하고, 취성파괴 방지를 위해서는 취화손상의 정량적 평가는 매우 중요하다. 그러나 가동중인 고온설비에서 파괴시험을 위한 대량의 시험편채취가 거의 불가능한 경우가 대부분이므로 비파괴적인 시험방법이 요구된다. 본 연구에서는 인공시효열처리된 2.25Cr-1Mo강의 비파괴적인 취화손상도 평가를 위해 적정 부식환경하에서 전기화학적 분극시험 방법에 의한 최적의 평가인자를 조사하였다. 또한 전기화학 시험결과들은 준비파괴시험인 SP시험에 의한 취화도 평가결과와 비교되었다.
경제성과 함께 다양한 기능성으로 유리 및 금속제를 대체하고 있는 고분자 합성수지인 플라스틱(plastic) 재료의 열화(thermal degradation) 및 열적 특성을 비파괴적으로 평가하기 위하여 초음파의 전파특성(속도 및 감쇠)이 사용되었다. 플라스틱 재료중 범용 열가소성 재료인 높은 투명도의 아크릴 수지(PMMA)에 대해 유리전이온도($T_g$) 범위내에서 열화온도 및 열화시간에 따른 다양한 열화시편에 대해 전파특성 변화가 측정되었다. 열화가 진전될수록 감쇄는 증가하였고 속도는 감소함을 보였으며, 초음파 전파특성의 측정을 통해 열가소성 플라스틱 재료의 정량적 열화평가 및 유리전이온도($T_g$) 영역의 정성적 추정이 가능하였다.
최근 재료, 생물의학(biomedicine), 음향, 전자 등 다양한 분야에서 나노 구조를 갖는 박막 기술이 도입되면서 박막 계면의 수명과 내구성 확보를 위한 초고주파수의 초음파현미경을 이용한 정량적인 비파괴적 접합평가에 관한 연구가 큰 이슈가 되고 있다. 본 연구에서는 초음파의 집속, 누설탄성표면파의 발생과 V(z) 곡선의 시뮬레이션 그리고 초고주파수 음향 이미징 기법을 이용하여 나노 스케일 구조를 갖는 박막 시험편의 접합계면을 평가하였다. V(z) 곡선의 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 접합계면에 존재하는 미세 결함(디라미네이션 등)의 검출 감도를 추정할 수 있었으며, 1 GHz의 초고주파수 디포커싱 모드로 박막 시험편의 접합계면에 존재하는 나노 스케일의 미세 결함을 음향 이미지로 가시화 할 수 있어 나노 구조를 갖는 박막의 접합계면의 비파괴평가에 초음파현미경이 매우 유용함을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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