고체추진제 연소속도 측정을 위한 초음파법은 한 번의 실험으로 연소속도를 측정할 수 있기 때문에 적용되어 왔다. 하지만 스트랜드버너법을 대체하기 위해서는, 초음파법의 정확성과 신뢰성이 증명되어야 한다. 본 논문에서는 초음파법을 이용하여 측정한 연소속도와 스트랜드버너법으로 측정한 결과의 차이를 비교하였다. 그리고 측정된 연소속도의 분산과 고체추진제의 초음파 감쇠와의 연관성을 조사하였다.
본 연구에서는 초음파 속도법을 콘크리트의 초기동해 피해를 진단하기 위한 방법으로서의 적용 가능성을 평가하기 위해 모르타르 시험체를 대상으로 각각 동결 깊이에 따른 압축강도와 초음파 펄스 속도를 측정하여 미세구조와 그 상관관계를 분석하였다. 그 결과, 동결 피해를 입은 모르타르 시험체와 피해를 입지 않은 시험체 간의 압축강도와 초음파 펄스 속도 값의 차이가 확연하게 나타났으며, 미세구조 분석을 통해 동결 깊이가 증가할수록 초기동해 피해를 더 많이 받아 압축강도와 초음파 펄스 속도가 감소하였다고 판단할 수 있었다. 회귀분석을 통해 상관관계를 분석한 결과, 추정식과 실험값과의 관계성을 나타내는 결정계수( R2)가 0.87로 얻어져 초기동해 피해 깊이에 따른 압축강도와 초음파 펄스 속도 사이의 상호 연관성이 존재하는 것으로 분석된다. 이에 따라 초음파 속도법을 통한 콘크리트의 초기동해 피해 진단이 가능하며, 그 피해 깊이를 정량적으로 진단하기 위해서는 향후 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
고체의 탄성 계수를 구하기 위한 방법으로 초음파의 종파와 횡파 속도를 측정하기 위하여 기존의 접촉식 초음파 시험법 대신 수침 초음파 시험법을 사용하였다. 통상적으로 수침법에서 종파 에코만 고려하는 것과 달리 모드 변환에 의한 횡파 에코를 찾아서 횡파 속도를 측정하였다. 물질의 두께를 알 수 없어 종파와 횡파 속도를 구할 수 없는 경우에도 두 속도의 비를 이용하여 포아송비를 구할 수 있었다. 다양한 재료를 대상으로 이 방법을 적용한 결과, 속도가 빠른 재료이거나, 포아송비가 작을수록 수침법에 의해 측정한 값이 정확하여 이러한 특징을 가진 세라믹이나 고강도 재료가 이 방법을 통한 종파와 횡파 속도 측정에 적당함을 알 수 있었다.
본 연구에서는 무근 콘크리트 터널 라이닝의 품질 평가를 위해 초음파법을 사용하여 현장실험을 실시하였으며, 라이닝 콘크리트의 품질을 평가하였다. 초음파 탐사기의 센서 중심간격과 센서의 순간격을 기준으로 각각의 전달속도를 평가한 후 평균값에 대한 수렴정도를 예측하여 평균값을 초음파 전달속도로 구하면 직접법에서 얻어지는 결과만큼 신뢰성 있게 얻어질 수 있음을 보였다. 초음파속도에 의해 콘크리트 강도를 정량적으로 평가하는 방안은 신뢰성이 부족하며 초음파 전달속도에 따라 등급별로 콘크리트를 평가하는 방안이 보다 합리적인 평가 방안임을 나타내었다.
시험체의 두께나 초음파 속도를 측정하기 위해서 초음파 펄스-에코법이 널리 사용되고 있다. 초음파 속도를 결정하기 위해서는 초음파 송수신 장치를 포함한 오실로스코우프와 같은 초음파 측정 장치를 사용하여 시험편에서의 초음파진행 시간을 측정하고, 초음파 진행 거리에 해당하는 시험편의 두께를 버어니어 캘리퍼스 또는 마이크로미터와 같은 길이측정 도구를 사용하여 측정한다. 그리고 초음파를 이용하여 시험편의 두께를 측정할 때에는 초음파 속도를 알고 있는 대비 시험편으로 기준을 설정하여야 한다. 본 연구에서는, 대비 시험편 없이 재료의 두께와 초음파 속도를 동시에 구하는 방법을 제시하였다. 재질과 두께를 달리한 여러 시험편에서 측정된 초음파 속도와 두께가 기존의 방법에 의해 측정한 값과 잘 일치하였다.
본 논문에서는 분포정수선로의 간단한 모델을 이용해서, 외부에서 진동을 가했을 때 에 뼈 표면에서 발생하는 굴곡파의 전파속도와 종파의 전파속도를 구할 수 있는 새로운 측 정원리를 제안했다. 이 측정원리를 이용해서, 봉(brass, polymethylmethacrylate)표면에 발생 하는 정재파에 대한 속도의 공간분포를 laser Doppler법으로 측정해서, 각각의 주파수에 대 한 전파속도를 구했다. 이 새로운 측정방법은 in vivo에서 초음파 Doppler법을 이용해서 뼈 의 이상(골다공증, osteoporosis)진단의 가능성을 제시했다.
본 연구에서는 서로 다른 연소속도 범위를 갖는 다양한 고체추진제의 연소속도를 고압($\sim$5,000 psia)까지 측정하였고, 측정된 연소속도의 자체적인 편차를 추진제 종류별, 압력별로 분석하여 초음파법의 측정 정밀도를 평가하였다. 또한 스트랜드 버너법을 이용한 연소속도 측정값과 상호 비교하여 두 측정 기법의 특성을 비교해보았다.
여러 가지 초음파 속도 측정법 중 비교적 정확하고 다양한 목적에 활용될 수 있다고 알려진 반사파 중첩법(pulseecho-overlap method)에 의해 초음파의 전파시간을 자동으로 측정할 수 있는 시스템을 구축하고, 엔지니어링 플라스틱 시험편에 대한 초음파 속도를 초동발췌법(first arrival picking method)과 비교하였다. 다섯 가지 종류의 엔지니어링 플라스틱 코어에 대해 반사파 중첩법과 초동발췌법에 의해 초음파 속도를 측정한 결과, 반사파 중첩법은 초동발췌법보다 최소 4배로 긴 다중반사파 자료가 필요하므로 매질의 감쇠특성에 의해 측정가능한 시험편의 길이에 제약이 있다. 또한 측정되는 속도는 초동발췌법에 의한 속도보다 낮게 측정되는 경향을 보였으며, 수신된 파형을 분석한 결과, 이는 전파거리가 길어짐에 따른 매질의 감쇠 및 분산특성에 의한 영향으로 해석되었다. 상호상관을 이용하여 제1반사파가 제2반사파 및 제3반사파와 가장 잘 중첩되는 시간을 실시간으로 자동으로 발췌하도록 프로그램하여 실험자에 의한 측정 편차가 개입될 가능성을 배제함으로써 반복성과 재현성을 높였다. 또한, 실험의 조건이 변하지 않는 경우는 중합수를 늘림으로서 무작위 잡음에 의한 측정오차를 줄일 수 있으며, 실험 조건이 변하는 경우는 속도변화 모니터링에도 활용이 가능하다.
설치된 데크재에 대한 성능을 평가하기 위하여 초음파 비파괴시험법을 사용하였다. 먼저 3종류의 데크재에 대해 트랜스듀서의 배치에 따른 직접법과 간접법간의 측정방법간의 차이를 검증하였으며 두 번째로 설치된 데크재의 사용시간의 경과에 따른 초음파속도를 측정 비교하였다. 마지막으로 데크재의 사용수명을 파악하기 위하여 사용시간의 경과에 따른 초음파속도의 변화를 조사하였다. 시험결과 직접법과 간접법간의 측정방법간의 차이는 없는 것으로 나타났으며 직접법에 대한 간접법의 비율은 1.02와 1.05로 각각 나타났다. 설치된 데크재에서 시간의 경과에 따라 초음파 속도는 감소하였으며 이들 간의 관계는 선형으로 나타났다. 시험결과로부터 초음파 비파괴시험법은 설치된 데크재의 유지보수에 관한 효율적인 수단이 될 수 있을 것으로 생각된다.
비파괴 검사에 의한 콘크리트 압축강도 시험법 중에서 반발도법과 초음파 속도법은 가장 널리 사용되는 방법이다. 그러나 국내에서 사용되고 있는 비파괴 강도 시험법은 대부분이 외국의 시험법을 적용하고 있어서 국내의 콘크리트 구조물에 직접 적용하는 데는 무리가 따른다고 할 수 있다. 반발도법의 경우, 일본건축학회 등의 제안에 자라 20개의 타격점을 표준으로 채택하고 있으나 표준편차에 대한 고려를 하지 않고 있는 실정이다. 또한, 초음파 속도법에 의한 시험은 압축강도를 추정하는데 필요한 측정횟수의 규정이 없다 따라서 본 연구에서는 카이검증을 이용하여 비파괴 검사법에 의한 콘크리트 압축강도의 타격횟수의 신뢰도를 검토하고 최소시험 횟수를 제안하였다. 그 결과, 반발도법과 초음파 속도법으로 추정한 콘크리트 압축강도 값이 만족할 만한 신뢰범위에 들기 위한 최소시험횟수는 각각 11회와 7회로 분석되었다. 다만, 실구조물의 품질변동을 고려하여 이상치의 결측처리와 시험군의 격자 배열을 전제로 한다면, 반발도법은 국내의 관행에 따라 20회로, 음파 속도법은 9회로 규정하는 것이 바람직하다고 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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