다중 주파수 IDT 기반 SLDV를 이용한 평판 결함 영상화 방안

강토(To Kang),한성진(Seong-Jin Han),문성인(Seongin Moon),한순우(Soonwoo Han),김경모(Kyung-Mo Kim) 대한기계학회 2019 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2019 No.11

The Lamb-wave-based scanning laser Doppler vibrometry (SLDV) technique, which uses continuous excitation, is considered a promising method for visualizing defects in plate-like structures. For thick plates, the A0 mode is found to be less sensitive to thickness variations relative to thin structures. Thus, to address this issue, interdigital transducer (IDT)-based SLDV has recently been proposed to efficiently generate a symmetric mode for damage detection in thick plates. In this study, with the use of a sparse-frequency IDT-based SLDV, we demonstrate that the detectability of from shallow defects to deep defects in a thick plate (6 mm). In addition, to improve the damage detection capability over the entire range of thickness variation of a thick carbon steel plate, we select three excitation frequencies (200, 450, and 600 ㎑) based on the analysis of wavenumber sensitivity and the degree separation between modes (DSM). Subsequent to the fusion of the images corresponding to the three frequencies, we demonstrate that the defect detectability in a thick carbon steel plate using sparse-frequency IDT-based SLDV is improved over that with the use of the single guided-wave mode. Our findings can significantly contribute to advancements in the nondestructive testing of plates using sparse-frequency IDT-based SLDV.

레이져 바이브로미터 스캐너를 이용한 평판의 얕은 결함 측정

강토(To Kang),문성인(Seongin Moon),한순우(Soonwoo Han),전준영(Jun Young Jeon),박규해(Gyuhae Park) 대한기계학회 2018 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2018 No.12

A scanning laser Doppler vibrometer (SLDV) is a promising method to visualize defects in plate like structures. Recently, Lamb wave-based SLDV using continuous excitation widely adopted in NDE applications. To visualize defects using Lamb wave-based SLDV, A<SUB>0</SUB> mode has been usually used due to its nature of wave speed varying according to the thickness and to easily generated attributes using PZT. However, rate of change of wave speed varying according to the thickness is little in thick materials. To resolve this problem, axisymmetric mode is selected due to high wavenumber sensitivity. To generate axisymmetric mode, IDT (Interdigital transducer) sensor is designed and fabricated based on wavenumber sensitivity calculation. To evaluate the capability of the IDT-based SLDV, a 6-mmthick plate (40 mm × 40 mm) with defects of different depths (0.3 mm, 0.6 mm, 0.9 mm, and 1.2 mm) is used. It is demonstrated that the detectability of thin defects in a thick plate is improved compared to that when using the A<SUB>0</SUB> mode.

국소 공간 웨이브넘버 필터링 기법을 이용한 평판 구조물 두께 측정

강토(To Kang),이정한(Jeong Han Lee),한순우(Soon Woo Han),박진호(Jin Ho Park),박규해(Gyuhae Park),전준영(Jun Young Jeon) 한국비파괴검사학회 2016 한국비파괴검사학회지 Vol.36 No.5

구조물 표면은 부식으로 인하여, 크랙이나 감육이 발생할 수 있으며, 이로 인하여 구조물의 파단으로 귀결되어 많은 인명 피해와 재산 손실을 초래할 수 있다. 이에 따라, 박판 구조물이나 배관 구조물과 같이 검사 면적에 비해 두께가 얇은 구조물에 대한 레이저 영상화 기법은 최근 10여년간 꾸준히 연구가 진행되었다. 가장 많이 사용되는 방법으로는 펄스 레이저를 이용한 영상화 시스템이다. 이 방법을 이용하여 평판구조물, 배관 등 다양한 구조물을 스캐닝하여 비교적 짧은 시간에 원하는 영역을 검사하고 영상화하는 기법이 개발되었다. 하지만, 이 기법은 음파가 결함에 의해 반사되는 반사파를 이용하여 영상화하는 기법으로 검사 위치마다 수 ms의 시간지연이 필요하며, 검사 위치마다 레이저 빔을 집속해주는 렌즈가 필요하여 고가의 복잡한 시스템이 필요하다. 본 연구에서는 연속 가진기법을 이용하여 구조물에 정상파(standing wave)를 가진하고, 이 정상파를 위치별로 스캐닝하여 결함을 영상화하는 기술을 제안하였다. 평판 구조물에 두께가 변화하는 결함을 인공적으로 삽입하여, 제안된 기술의 두께 변화 탐지 가능성을 제시하였다. Corrosion on the surface of a structure can generate cracks or cause walls to thin. This can lead to fracturing, which can eventually lead to fatalities and property loss. In an effort to prevent this, laser imaging technology has been used over the last ten years to detect thin-plate structure, or relatively thin piping. The most common laser imaging was used to develop a new technology for inspecting and imaging a desired area in order to scan various structures for thin-plate structure and thin piping. However, this method builds images by measuring waves reflected from defects, and subsequently has a considerable time delay of a few milliseconds at each scanning point. In addition, the complexity of the system is high, due to additional required components, such as laser-focusing parts. This paper proposes a laser imaging method with an increased scanning speed, based on excitation and the measurement of standing waves in structures. The wavenumber of standing waves changes at sections with a geometrical discontinuity, such as thickness. Therefore, it is possible to detect defects in a structure by generating standing waves with a single frequency and scanning the waves at each point by with the laser scanning system. The proposed technique is demonstrated on a wall-thinned plate with a linear thickness variation.

Fused Silica와 Al2024-T4의 비선형 파라미터 측정

강토(To Kang),이택규(Taekgyu Lee),송성진(Sung-Jin Song),김학준(Hak-Joon Kim) 한국비파괴검사학회 2013 한국비파괴검사학회지 Vol.33 No.1

금속 재료의 비선형 파라미터는 고유한 물성치로서 기본주파수의 음압의 크기(A₁)과 2차고조파의 음압의 크기(A₂)을 측정하면 산정할 수 있다. 하지만, 실험적으로 A₁ 과 A₂를 측정하는 것은 매우 복잡한 변환 과정이 필요하기 때문에 현재 많은 연구자들이 비선형 파라미터의 절대값을 측정하지 않고, 전압 변화를 관찰하는 비선형 파라미터의 상대값을 측정하고 있다. 하지만, 비선형 파라미터 상대값으로는 재료의 물성치를 대변할 수가 없기 때문에, 열화도에 따른 시편 측정에만 사용할 수 있는 제약이 있다. 따라서 본 연구에서는 정전용량 측정기법(capacitive detector)보다는 비용이 적게 소모되고 현장 적용이 가능한 압전형 수신기법(piezoelectric detection)을 이용하여 비선형 파라미터의 절대값을 측정하기 위한 시스템을 구축하였다. A₁<SUP>2</SUP>vs A₂ 그래프로 시스템의 선형성을 검증하고 시험편인 fused silica와 Al2024-T4에 대한 비선형 파라미터를 측정하였다. Nonlinearity parameter is an inherent property of materials measuring fundamental acoustic amplitude(A₁) and second harmonic amplitude(A₂). However, measurement of A₁and A₂ has complex calibration procedure, many researchers prefer to measure relative nonlinearity parameter rather than absolute nonlinearity parameter. But, relative nonlinearity parameter is only detect materials degradation with various degradation sampels, it is limited application in determining third order elastic constants of materials. Therefore, in this study, the piezoelectric detection method is adopted to measure absolute nonlinearity parameter due to experimetal simplicity compare to capacitive detector. Linearity of measurement system is verified by A₁<SUP>2</SUP> vs A₂ plot, and we measured ultrasonic nonlinearity parameters of fused silica and Al2024-T4.

배관 원거리 진단을 위한 원주방향 배열 유도초음파 집속기술 개발

강토(To Kang),김학준(Hak-Joon Kim),송성진(Sung-Jin Song),조영도(Young-Do Cho),이동훈(Dong-Hoon Lee),조현준(Hyun-Joon Cho) 한국비파괴검사학회 2009 한국비파괴검사학회지 Vol.29 No.2

유도초음파는 현재 산업설비의 배관 등 장거리 탐상에 널리 사용되고 있으며, 특히, 길이가 수백 미터에서 수 ㎞에 달하는 가스 배관의 검사를 위하여 다수의 탐촉자를 이용한 배열 유도초음파 기술의 개발 및 적용이 확대되고 있다. 따라서, 본 연구에서는, 배관의 원거리 검사능 및 정밀도 향상을 위하여 배열 유도초음파의 집속 알고리즘을 개발하였으며, 개발 알고리즘의 성능을 개발 배열 초음파 시스템을 이용한 실험을 통하여 검증하였다. 그 결과 집속 알고리즘을 적용한 배열 유도초음파의 신호대 잡음비(SNR : signal to noise ratio)가 집속 알고리즘을 적용하지 않은 경우에 비해 향상됨을 알 수 있었다. Ultrasonic guided waves have been widely utilized for long range inspection of structures. Especially, development of array guided waves techniques and its application for long range gas pipe lines (length of from hundreds meters to few km) were getting increased. In this study, focusing algorithm for array guided waves was developed in order to improve long range inspectability and accuracy of the array guided waves techniques for long range inspection of gas pipes, and performance of the developed techniques was verified by experiments using the developed array guided wave system. As a result, S/N ratio of array guided wave signals obtained with the focusing algorithm was increased higher than that of signals without focusing algorithm.

유한요소해석 기반 원전 기계구조물 충격-질량지표 개발

문성인,강토,한순우,Moon, Seongin,Kang, To,Han, Soonwoo 한국압력기기공학회 2018 한국압력기기공학회 논문집 Vol.14 No.1

For safe operation of nuclear power plants, a loose-part monitoring system (LPMS) is used to detect and locate loose-parts within the reactor coolant system, and to estimate their mass and damage potential. There are several methods to estimate mass, such as the center frequency method based on the Hertz's impact theory, a frequency ratio method and so on, but it is known that these methods cannot provide accurate information on impact response for identifying the impact source. Thanks to increasing computing power, finite element analysis (FEA) method recently become an available option to calculate reliably impact response behavior. In this paper, a finite element analysis model to simulate the propagation behavior of the bending wave, generated by a metal ball impact, is validated by performing a series of impact tests and the corresponding finite element analyses for flat plate and shell structures. Also, a FEA-based metal sphere signal map is developed, and then blind tests are performed to verify the map. This study provides an accurate simulation method for predicting the metal impact behavior and for building a metal sphere signal map, which can be used to estimate the mass of loose-parts on site in nuclear power plants.

원전기기 금속이물질 충격현상 모사 및 빅데이터 생산을 위한 자동해석시스템 개발

문성인(Seongin Moon),강토(To Kang),한순우(Soonwoo Han) 대한기계학회 2018 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2018 No.12

A loose-part monitoring system (LPMS) is used to detect loose-parts in the reactor coolant system in nuclear power plant. For identifying the impact source, it is important to provide accurate information on impact response. Recently, a model-based diagnostics emphasize the importance of a model describing the behaviors of a mechanical system or component. Also, thanks to increasing computing power, finite element analysis (FEA) method recently beaome an available option to calculate reliable impact response behavior. In this paper, a FEA model to simulate the propagation behavior of the bending wave, generated by a metal ball impact, is validated by performing impact tests and the corresponding finite element analyses for a flat plate and a downsized steam generator structure. A novel methodology based on FEA was proposed to estimate the mass and the impact location of a loose-part, and then the usefulness of the methodology was validated through a series of FEAs. Also, an automated impact analysis system for FEA-based big data construction was developed. It is expected that the proposed methodology and the big data can be utilized in model-based diagnostics for estimation of impact parameters such mass, velocity and impact location of a loose-part in nuclear power plants.

레이저 스캐닝 및 정상파를 이용한 평판 구조물의 손상탐지

강세혁(Se Hyeok Kang),전준영(Jun Young Jeon),김두환(Du Hwan Kim),박규해(Gyuhae Park),강토(To Kang),한순우(Soon Woo Han) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集A Vol.41 No.5

본 연구에서는 레이저 스캐닝 및 단일 주파수 정상파 가진과 파수 분석을 통해 구조물의 손상을 탐지하는 기법을 개발하였다. 구조물에 부착된 압전소자를 통해 단일 주파수로 가진하고, 이때 발생한 구조물의 정상상태 응답을 레이저 도플러 속도계와 거울 방향조절 장치를 통해 측정하였다. 구조물의 결함을 탐지하기 위해 정상상태 응답에서 파수 필터링을 이용한 손상 탐지 기법을 개발 및 적용하였다. 부식결함이 발생한 알루미늄 평판과 층간 분리가 발생한 복합재료 구조물에 대한 손상 탐지를 수행하여 손상의 위치와 크기를 정확히 파악할 수 있었다. This paper describes wavenumber filtering for damage detection using single-frequency standing wave excitation and laser scanning sensing. An embedded piezoelectric sensor generates ultrasonic standing waves, and the responses are measured using a laser Doppler vibrometer and mirror tilting device. After scanning, newly developed damage detection techniques based on wavenumber filtering are applied to the full standing wave field. To demonstrate the performance of the proposed techniques, several experiments were performed on composite plates with delamination and aluminum plates with corrosion damage. The results demonstrated that the developed techniques could be applied to various structures to localize the damage, with the potential to improve the damage detection capability at a high interrogation speed.

구조물 내 감육결함 탐지를 위한 유한요소해석 기반 유도초음파 모드 최적화

문성인(Seongin Moon),강토(To Kang),한순우(Soonwoo Han),전준영(Jun-Young Jeon),박규해(Gyuhae Park) 한국비파괴검사학회 2018 한국비파괴검사학회지 Vol.38 No.5

판형 구조물내에 존재하는 결함을 탐지하기 위한 레이저 영상화 기법은 최근 10여년간 꾸준히 연구되어 왔으며, 음향파수분광법(AWS: Acoustic Wavenumber Spectroscopy)은 그 대표적인 방법 중 하나이다. 본 논문에서는 유한요소해석(FEA: Finite Element Analysis) 기법을 사용하여 박판 구조물에서 감육결함 크기를 예측하기 위한 AWS의 성능을 기술하였다. FEA를 통해 단일주파수 가진에 대한 구조물의 정상상태응답을 계산하고, 파수 예측 정확도에 미치는 감육결함의 크기 효과를 평가하였다. A0 모드 유도초음파는 판 두께에 따라 파동의 속도가 변화하는 특성으로 인해 결함을 영상화하는데 널리 사용된다. 그러나 평판 두께가 상대적으로 클 경우에는 두께 변화에 대한 파동의 속도 변화율이 감소하기 때문에 상대적으로 얕은 감육결함을 검출하기에 적절하지 않다. 따라서, 본 논문에서는 가진 주파수와 유도초음파 모드를 최적화하는 방법을 제안하였으며, 그 방법의 유용성을 검증하였다. Laser imaging technology has been studied to detect defects in plate-like structures over ten years, and acoustic wavenumber spectroscopy (AWS) is one of the most promising methods. This paper describes the performance of AWS for estimating the size of a wall-thinning defect in thin-plate structures by using finite element analysis (FEA). The structure’s steady-state response to single-tone ultrasonic excitation is simulated using FEA, and the effect of the wall-thinning defect size on the wavenumber-estimation accuracy is investigated. The A0 guided wave mode has been widely used to observed defects owing to the characteristic that the wave speed increases with increasing plate thickness. However, it is not appropriate for detecting relatively shallow wall-thinning defects, because the rate of change in the wave speed variation with the thickness decreases with the increase in the plate thickness. To overcome this limitation, we propose a method to optimize the excitation frequency and the effective guided wave mode instead of utilizing the A0 mode. The results show that our proposed method is promising for the effective characterization of the size of shallow wall-thinning defects in plate-like structures.

비선형인자 측정을 통한 알루미늄 피로손상 평가

강토(To Kang),Jeong K. Na,송성진(Sung-Jin Song),박진호(Jin-Ho Park) 대한기계학회 2015 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.열공학 No.-