감쇠 재료의 초음파 평가에 대한 이론 및 실험적 고찰 = Theoretical and Experimental Investigation on Ultrasonic Assessment for Lossy Media|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 검사 환경에서 발생하는 외부적인 감쇠 요인과 재료에서 발생하는 내부적인 감쇠 요인을 고려하여 검사 대상의 건전성 평가를 연구하였고, 재료의 점탄성을 고려하여 유도초음파 토모그래피의 형상을 정밀하게 개선하는 연구를 수행하였다.
대부분의 유도초음파를 활용한 연구들은 공기 중에서 실험을 진행해 왔지만, 물속이라는 특수한 환경에서는 물에 의한 감쇠를 고려해야 하며, 재료의 감쇠 특성을 확인 후 측정 거리에 대한 타당성 또한 확보되어야 한다. 또한, 기존 선형 탄성 영역에서 진행한 연구의 경우, 재료의 점탄성을 고려하지 않아 정확한 유도초음파의 모드 선정에 영향을 줄 수 있다. 각종 환경이나 재료에 따라 유도초음파의 전파 특성이 달라진다. 따라서 유도초음파 비파괴 검사 시, 각종 환경에 맞춰 실험 조건 또한 달라져야 한다. 본 연구에서는 환경 조건이나 재료의 감쇠로 인해 검사하기 힘든 대상을 선정하였다. 물의 환경 속에서 에너지가 누출되어 발생될 수 있는 감쇠를 고려하여 선박용 코팅 재료의 접합 여부와 협소 공간에 있어 사람이 직접적인 검사가 힘든 튜브의 결함 여부에 대해 비파괴 검사를 진행하였다. 더 나아가 이러한 거시적 결함들에 의한 사고를 미연에 방지하기 위해 재료의 점탄성에 의한 감쇠를 고려하여 비선형 기법으로 조기진단을 수행하였다. 마지막으로 이러한 검사 결과를 사람들이 객관적으로 보다 더 쉽게 검사 결과를 관리할 수 있게 점탄성이 높은 재질에 대해 토모그래피 해상도를 개선하였다. 여러 감쇠 요인을 고려함으로써 감쇠로 인해 검사가 힘든 대상들의 검사 방법과 검사 결과 개선 방안을 제시하였고, 객관적이며 정량적이고 정밀하게 재료의 수명 진단을 하는 것을 목표로 하였다.

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본 연구에서는 검사 환경에서 발생하는 외부적인 감쇠 요인과 재료에서 발생하는 내부적인 감쇠 요인을 고려하여 검사 대상의 건전성 평가를 연구하였고, 재료의 점탄성을 고려하여 유도초...

목차 (Table of Contents)

1. Introduction 1
1.1 Motivation 1
1.2 Literature survey 6
1.2.1 Studies on non-destructive evaluation in underwater environment 6
1.2.2 Studies on inspection for early damage diagnosis 7

1. Introduction 1
1.1 Motivation 1
1.2 Literature survey 6
1.2.1 Studies on non-destructive evaluation in underwater environment 6
1.2.2 Studies on inspection for early damage diagnosis 7
1.2.3 Studies on guided wave non-destructive evaluation with viscoelastic materials and structural health monitoring (SHM) 8
1.3 Overview and contribution of dissertation 9
2. A study on ultrasonic testing techniques considering the external attenuation at underwater environment 11
2.1 Introduction 11
2.2 Guided wave propagation in the solid media 11
2.2.1 Guided wave propagation in the plate structure 11
2.2.2 Guided wave propagation in the cylindrical structure 16
2.2.3 The liquid loaded waveguide problem and attenuation problem 21
2.3 Dispersion curve using Semi-analytical Finite Element Method (SAFEM) 24
2.3.1 Dispersion curve for the plate structure 26
2.3.2 Dispersion curve for the tube-like structure 31
2.4 Experiment setup 45
2.4.1 Experiment for the coated plate in the water 45
2.4.2 Experiment for the tubes in the water 47
2.5 Experiment results 53
2.5.1 Results for the coated plate in the water 53
2.5.2 Results for the tubes in the water 55
2.6 Summary 61
3. Nonlinear guided wave inspection on cylindrical structure for early damage diagnosis with internal attenuation 63 3.1 Introduction 63
3.2 Nonlinear Guided wave theory for cylindrical structure 64
3.2.1 Nonlinear ultrasonic guided wave theory 64
3.3 Experiment setup 71
3.4 Experiment results 73
3.5 Summary 78
4. Structural health monitoring (SHM) considering the material attenuation 79
4.1 Introduction 79
4.2 Viscoelasticity Theory 80
4.3 Guided wave inspection of the plate considering viscoelasticity 82
4.4 RAPID algorithm using guided wave 88
4.5 Experiment setup 90
4.6 Tomography results on the plate 92
4.7 Summary 104
5. Conclusions 106
Reference 108
Abstract 114

참고문헌 (Reference)

1. High-frequency low-loss ultrasonic modes in imbedded bars, B. N. Pavlakovic, M. J. S. Lowe, P. Cawley, Vol. 68, No. 1, pp. 67-75, , 2001

2. Guided waves energy velocity in absorbing and non-absorbing plates, A. Bernard, M. Deschamps, M. J. S. Lowe, Vol. 110, pp. 186–196, , 2001

3. Experimental characterization of material nonlinearity using Lamb waves, Christian Bermes, Laurence J. Jacobs, Jin-Yeon Kim, Jianmin Qu, Vol. 90, Issue 2, 021901, , 2007

4. Propagating waves and edge vibrations in anisotropic composite cylinders, Huang K. H., Dong S. B., 96 (3): 363-379, , 1984

5. Modeling wave propagation in damped waveguides of arbitrary cross-section, Erasmo Viola, Ivan Bartoli, Francesco Lanza di Scalea, Alessandro Marzani, Vol. 295, Issues 3-5, pp. 685-707, , 2006

6. Finite element analysis of the propagation of acoustic waves in waveguides, A. C Hladky-Hennion, Vol. 194, pp: 119-136, , 1996

7. Impact damage detection in composites using a guided wave mixing technique, Ning Hu, Yaru Xu, Weibin Li, Mingxi Deng, Vol. 31, 014001, , 2019

8. Viscoelastic Property Evaluation of Asphalt Cement by Ultrasonic Measurement, Jai-Hak Lee, 5, , 2000

9. Investigation of guided wave propagation and attenuation in pipe buried in sand, Eli Leinov, Peter Cawley, Michael J. S. Lowe, Vol. 347, No. 7, pp. 96-114, , 2015

10. Experimental Investigation for the Attenuation Coefficient of Ultrasonic Guided Wave, Dong Jin Lee, Joon Hyun Lee and, Dong-Chul Shin, Younho Cho, Vol. 29, No. 5, pp. 458-465, , 2009