항공우주, 기계 및 기타 다른 여러 공학 분야에서 사용되는 구조물은 구조적 결함이나 손상을 유발하는 피로응력, 반복 하중, 환경적 요인, 시효, 충격 등에 자주 영향을 받으므로 결함 및 손상을 초기 단계에서 탐지할 수 있는 신뢰 가능한 비파괴 평가 기술이 필수적이다. 기존에는 비파괴 평가를 위해 일반적으로 초음파 검사 기법이 사용되었으나, 대량 검사 혹은 커플런트에 민감한 구조물을 검사하는 경우에는 적합하지 않아 본 연구에서는 공기 ...
항공우주, 기계 및 기타 다른 여러 공학 분야에서 사용되는 구조물은 구조적 결함이나 손상을 유발하는 피로응력, 반복 하중, 환경적 요인, 시효, 충격 등에 자주 영향을 받으므로 결함 및 손상을 초기 단계에서 탐지할 수 있는 신뢰 가능한 비파괴 평가 기술이 필수적이다. 기존에는 비파괴 평가를 위해 일반적으로 초음파 검사 기법이 사용되었으나, 대량 검사 혹은 커플런트에 민감한 구조물을 검사하는 경우에는 적합하지 않아 본 연구에서는 공기 정합압전 트랜스듀서(air-coupled transducer, ACT)와 레이저 도플러 진동계(laser Doppler vibrometer, LDV), 레이저 스캐닝 시스템을 사용하여 새로운 완전 비접촉식 하이브리드 초음파전파영상화(Ultrasonic propagation imaging, UPI) 시스템을 제시하였다. 하이브리드 초음파전파영상화 시스템은 손상 진단 및 손상 특징 추출을 위해 UWPI (Ultrasonic wave propagation imaging), 초음파 스펙트럼 영상화(ultrasonic spectral imaging, USI), 웨이브렛 변환 초음파 전파 영상화(wavelet-transformed ultrasonic propagation imaging, WUPI) 알고리즘을 사용하며, 또한 일시적 무기저 손상 평가를 위한 비접촉 동일표면 자동 검사를 할 수 있어 현장 구조물에 적용 가능하다. 결함 및 손상 가시화 실험 결과 최적화를 통해 하이브리드 초음파전파영상화 시스템의 수신기인 ACT 및LDV의 성능을 개선시켰으며, 15회 반복 스캐닝 동안 평균 12.8 dB (+ 0.85 dB per repetition scan)의 신호대 잡음 비 개선 효과가 있음을 입증하여 반복 스캐닝 기술을 적용하였다. 하이브리드 레이저 가진/ACT 센싱 시스템을 사용하여 금속 구조물의 실제 닫힌 미세 피로 균열을 탐지하였으며 96 % 이상의 정밀도로 크기를 측정하였다. 또한 탄소 복합재 날개 시편의 충격 손상도 하이브리드 레이저 가진/LDV 센싱 시스템을 사용하여 탐지하고 위치를 추적하였다.
항공우주, 기계 및 기타 다른 여러 공학 분야에서 사용되는 구조물은 구조적 결함이나 손상을 유발하는 피로응력, 반복 하중, 환경적 요인, 시효, 충격 등에 자주 영향을 받으므로 결함 및 손상을 초기 단계에서 탐지할 수 있는 신뢰 가능한 비파괴 평가 기술이 필수적이다. 기존에는 비파괴 평가를 위해 일반적으로 초음파 검사 기법이 사용되었으나, 대량 검사 혹은 커플런트에 민감한 구조물을 검사하는 경우에는 적합하지 않아 본 연구에서는 공기 정합 압전 트랜스듀서(air-coupled transducer, ACT)와 레이저 도플러 진동계(laser Doppler vibrometer, LDV), 레이저 스캐닝 시스템을 사용하여 새로운 완전 비접촉식 하이브리드 초음파전파영상화(Ultrasonic propagation imaging, UPI) 시스템을 제시하였다. 하이브리드 초음파전파영상화 시스템은 손상 진단 및 손상 특징 추출을 위해 UWPI (Ultrasonic wave propagation imaging), 초음파 스펙트럼 영상화(ultrasonic spectral imaging, USI), 웨이브렛 변환 초음파 전파 영상화(wavelet-transformed ultrasonic propagation imaging, WUPI) 알고리즘을 사용하며, 또한 일시적 무기저 손상 평가를 위한 비접촉 동일표면 자동 검사를 할 수 있어 현장 구조물에 적용 가능하다. 결함 및 손상 가시화 실험 결과 최적화를 통해 하이브리드 초음파전파영상화 시스템의 수신기인 ACT 및LDV의 성능을 개선시켰으며, 15회 반복 스캐닝 동안 평균 12.8 dB (+ 0.85 dB per repetition scan)의 신호대 잡음 비 개선 효과가 있음을 입증하여 반복 스캐닝 기술을 적용하였다. 하이브리드 레이저 가진/ACT 센싱 시스템을 사용하여 금속 구조물의 실제 닫힌 미세 피로 균열을 탐지하였으며 96 % 이상의 정밀도로 크기를 측정하였다. 또한 탄소 복합재 날개 시편의 충격 손상도 하이브리드 레이저 가진/LDV 센싱 시스템을 사용하여 탐지하고 위치를 추적하였다.
Aerospace, mechanical and many other engineering structures are often subjected to fatigue stress, cyclic loading, environmental factors, aging, and impacts, leading to flaw or damage in the structure. A reliable nondestructive evaluation technique is essential to detect any possible damage at the i...
Aerospace, mechanical and many other engineering structures are often subjected to fatigue stress, cyclic loading, environmental factors, aging, and impacts, leading to flaw or damage in the structure. A reliable nondestructive evaluation technique is essential to detect any possible damage at the initiation phase. Ultrasound has been widely used, but conventional contact ultrasonic inspection techniques are not suitable for mass and couplant-sensitive structures. A novel fully non-contact hybrid ultrasonic propagation imaging (UPI) system that uses laser ultrasonic scanning excitation and piezoelectric air-coupled/laser Doppler vibrometer sensing has been presented. Ultrasonic wave propagation imaging (UWPI), ultrasonic spectral imaging (USI) and wavelet-transformed ultrasonic propagation imaging (WUPI) algorithms are used to extract damage features and perform a thorough diagnosis of damage. The hybrid system enables remote and fully non-contact automatic one-sided inspection for temporal reference-free damage evaluation, and is also applicable to in-field structures. Optimization enables improved performance of air-coupled transducers (ACTs) and laser doppler vibrometer (LDV) used as receivers for the hybrid UPI system, as shown by the experimental results. Repetition scanning technique was devised and implemented which showed an improvement in signal to noise ratio at an average ratio of 12.8 dB for 15 repetition scanning (i.e. + 0.85 dB per repetition scan) as found out from the experimental results. Real fatigue closed surface micro crack on metal structure was detected using hybrid laser ultrasonic generation/ACT sensing system, with size detection accuracy as high as 96%. Impact damages on carbon fiber reinforced plastic composite wing-box specimen were detected and localized using hybrid laser ultrasonic generation/LDV sensing system.
Aerospace, mechanical and many other engineering structures are often subjected to fatigue stress, cyclic loading, environmental factors, aging, and impacts, leading to flaw or damage in the structure. A reliable nondestructive evaluation technique is essential to detect any possible damage at the initiation phase. Ultrasound has been widely used, but conventional contact ultrasonic inspection techniques are not suitable for mass and couplant-sensitive structures. A novel fully non-contact hybrid ultrasonic propagation imaging (UPI) system that uses laser ultrasonic scanning excitation and piezoelectric air-coupled/laser Doppler vibrometer sensing has been presented. Ultrasonic wave propagation imaging (UWPI), ultrasonic spectral imaging (USI) and wavelet-transformed ultrasonic propagation imaging (WUPI) algorithms are used to extract damage features and perform a thorough diagnosis of damage. The hybrid system enables remote and fully non-contact automatic one-sided inspection for temporal reference-free damage evaluation, and is also applicable to in-field structures. Optimization enables improved performance of air-coupled transducers (ACTs) and laser doppler vibrometer (LDV) used as receivers for the hybrid UPI system, as shown by the experimental results. Repetition scanning technique was devised and implemented which showed an improvement in signal to noise ratio at an average ratio of 12.8 dB for 15 repetition scanning (i.e. + 0.85 dB per repetition scan) as found out from the experimental results. Real fatigue closed surface micro crack on metal structure was detected using hybrid laser ultrasonic generation/ACT sensing system, with size detection accuracy as high as 96%. Impact damages on carbon fiber reinforced plastic composite wing-box specimen were detected and localized using hybrid laser ultrasonic generation/LDV sensing system.
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