초음파의 시간역전 원리를 이용한 구조용 부재의 건전성 평가 기술 개발에 관한 연구 = Structural health evaluation of damaged members using the time reversal principle

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This thesis presents an analytical investigation for a baseline-free imaging of a defect in plate-like structures using the time-reversal of Lamb waves. We first consider the flexural wave (A0 mode) propagation in a plate containing a defect, its reception and then the time reversal process of the output signal at the receiver. The received output signal is seen to be composed of two parts: a directly propagated wave and a scattered wave from the defect. The time reversal of these waves recovers the original input signal, and produces two additional side bands that contain the time-of-flight information on the defect location. One of the side band signals is then extracted as a pure defect signal. A defect localization image is then constructed from a beamforming technique based on the time-frequency analysis of the side band signal for each transducer pair in a network of sensors. The simulation results show that the proposed scheme enables the accurate, baseline-free detection of a defect, so that experimental studies are needed to verify the proposed method and to be applied to real structures.

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 Lamb 파의 시간역전을 이용하여 기준신호 필요없이 결함의 위치를 검출할 수 있는 새로운 결함의 이미징 기법을 제안하고 이에 대한 해석적인 시뮬레이션 결과를 제시하였다. 먼저 결함이 내재된 판에서 굽힘파 (A0 모드 Lamb 파)의 전파와 이의 수신 및 시간역전 과정을 다룬다. 한 쌍의 액츄에이터-센서에 의해 수신된 출력 신호는 직접파와 결함에 의한 산란파로 구성되며 이의 시간 역전과 재송신에 의해 원래의 입사파가 완전히 복원되며 추가적인 side band가 발생함을 보였다. 더욱이 이 side band는 결함의 위치에 대한 정보를 포함하고 있으므로, 순수한 결함 신호로 추출되어 결함의 국소화 이미징에 사용된다. 결함의 위치 검출 및 가시화를 위한 결함의 국소화 이미지 (defect localization image)를 얻기 위하여 빔 포밍법을 사용하며, 센서 네트워크의 각 센서 쌍에 대한 side band의 시간-주파수 해석 결과의 중첩으로부터 결함의 이미지를 구하였다. 크기 및 위치가 다른 3가지 경우의 원형 관통 구멍에 대하여 시뮬레이션을 수행하며, 결함의 국소화 이미지 결과로부터 본 논문에서 제안한 방법으로 결함의 위치를 정확하게 검출할 수 있음을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 1.1 연구배경 1
• 1.2 연구목적 및 연구내용 5
• 제2장 판에서의 파동 전파 6
• 제3장 분산성 파동의 시간-주파수 해석 12
• 제4장 굽힘파에 의한 결함의 산란 진폭 18
• 제5장 굽힘파의 전파와 시간역전 20
• 제6장 굽힘파의 시간역전에 의한 결함의 국소화 이미징 28
• 제7장 시뮬레이션 결과 및 토의 30
• 제8장 결론 39
• 사사 40
• 참고문헌 40