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      • KCI등재

        KR60 레일의 결함 탐상을 위한 위상배열 초음파 변환기 개발 (Ⅰ)

        김건우(Geonwoo Kim),서무경(Mu-Kyung Seo),최남경(Namkyoung Choi),김기복(Ki-Bok Kim),권세곤(Segon Kwon),김영철(Young-cheol Kim) 한국비파괴검사학회 2017 한국비파괴검사학회지 Vol.37 No.6

        현재 우리나라 철도 레일의 초음파 탐상은 복수의 단일 초음파 변환기를 이용한 탐상이다. 단일 초음파 탐상의 한계를 극복하기 위해, 본 연구에서는 CIVA 시뮬레이션을 이용하여 KR60 레일의 결함 탐상을 위한 최적 위상배열 초음파 변환기를 설계하고, 그 탐상 결과를 분석하였다. 상용 위상배열 초음파 변환기를 KR60 레일의 비파괴 탐상에 이용할 경우 레일의 기하학적 특성에 따라 검출 가능한 결함의 종류가 제한되었다. 따라서, KR60 레일의 구조적 특징과 결함의 위치와 형상에 따라 위상배열 초음파 변환기의 제원(중심주파수, 대역폭, 집속 깊이, 소자 길이, 너비, 높이 등)을 도출하였으며, 도출된 위상배열 초음파 변환기의 음장과 다양한 인공결함에 대한 S-scan 이미지를 비교·분석하였다. Ultrasonic testing for the KR60 railway in Korea has been conducted by single element ultrasonic testing. In this study, to overcome the limits of single element ultrasonic testing, phased array ultrasonic transducers for detecting defects on the KR60 rail were designed and analyzed based on the inspection results obtained by CIVA software simulation. It was difficult to detect various defects using commercial phased array ultrasonic transducers because of geometric features of KR60 railroad. Therefore, according to the geometric characteristics of the KR60 railroad, the specifications of phased array ultrasonic transducers for the KR60 rail were determined such as nominal frequency, bandwidth, focusing length, width, height, length of piezo-electric material, etc. The acoustic field of the phased array ultrasonic transducers and their S-scan images of artificial defects on the KR60 rail were compared and analyzed.

      • KCI등재

        굴곡측정법을 이용한 신 레일의 잔류응력 분석

        송민지,최욱진,임남형,김동규,우완측,이수열 한국도시철도학회 2018 한국도시철도학회논문집 Vol.6 No.4

        It is well recognized that residual stresses of the rails, generated from the manufacturing process including roller straightening and heat treatment, play an important role in determining fatigue and fracture properties of the rails. Thus, it has been a challenge to measure the residual stresses accurately. In this work, contour method was employed to evaluate the residual stresses existing in interior of the rails. The cross section perpendicular to the longitudinal direction of the rail was cut at a very slow rate using electric discharge machining (EDM), after which a laser-based flexural measuring instrument enabled us to precisely measure the flection of the cross section. The measured data were converted into the residual stresses using the commercial finite element package, ABAQUS, through a user-defined element (UEL) subroutine, and the residual stresses of the new rails (50N, KR60, UIC60) with three different specifications were compared. 레일의 잔류응력은 레일의 피로 및 파괴 특성에 영향을 끼치는 인자로서, 레일의 가공 및 열처리 등 생산 과정 단계에서 이미 형성되며, 이를 정확하게 분석하는 기술은 매우 중요한 문제이다. 본 연구에서는 레일 내부에 존재하는 잔류응력을 측정하기 위하여, 잔류응력 분석방법의 하나인 파괴법 기반 굴곡측정법을 적용하여 레일 축 방향의 잔류응력을 평가하였다. 레일의 축 방향과 수직한 단면을 방전가공을 사용하여 느린 속도로 단면을 절단한 후 레이저 기반인 굴곡 측정기를 이용하여 단면의 굴곡을 정밀 측정하였다. 측정된 데이터는 유한요소해석 프로그램 ABAQUS를 활용하여 설정한 요소로 잔류응력으로 변환시켰으며, 총 3종의 다른 규격을 갖고 있는 신 레일 (50N, KR60, UIC60)의 잔류응력 값의 경향과 수치를 비교하였다.

      • KCI등재

        KR60 레일의 결함 탐상을 위한 위상배열 초음파 변환기 개발 (Ⅱ)

        김건우(Geonwoo Kim),서무경(Mu-Kyung Seo),최남경(Namkyoung Choi),김기복(Ki-Bok Kim),권세곤(Segon Kwon),김영철(Young-cheol Kim) 한국비파괴검사학회 2017 한국비파괴검사학회지 Vol.37 No.6

        본 연구에서는 KR60 레일 두부와 복부의 기하학적 형상 및 재질에 최적화된 위상배열 초음파 변환기를 CIVA 시뮬레이션 결과를 바탕으로 제작하였으며, 제작된 위상배열 초음파 변환기의 성능 평가를 위해 상용 위상배열 초음파 변환기와의 비교 실험을 진행하였다. 성능 평가는 KR60 레일에 표준인공결함을 제작하고 개발된 위상배열 초음파 변환기와 상용 위상배열 초음파 변환기의 감도와 상용 위상배열 초음파 변환기의 반사 신호 획득 제한 구역에서의 반사 신호 획득 가능 여부에 초점을 두었다. In this study, phased array ultrasonic transducers which are optimized in terms of the geometric and material features for detecting defects on head and body parts of the KR60 rail were fabricated based on CIVA simulation results. For the performance test of developed phased array ultrasonic transducers, these were compared with a commercial phased array ultrasonic transducer was compared. A performance test was conducted by comparing the sensitivities of the two types of phased array ultrasonic transducers, focusing on detecting defects that could not be inspected by commercial phased array ultrasonic transducers.

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