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최소제곱법에 의한 PSC보의 음향방출파원 위치결정

Location of Acoustic Emission Sources in a PSC Beam using Least Squares

한국측량학회지 = Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, v.24 no.3, 2006년, pp.271 - 279  

이창노 (서울산업대학교 공과대학 토목공학과)

초록
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음향방출(AE: Acoustic Emission) 기법은 구조물 내부에서 발생하는 균열을 연속적으로 모니터링 할 수 있는 효과적인 비파괴검사법이다. 본 논문에서는 AE센서을 이용하여 PSC 보에서의 파원위치를 결정하기 위한 수학적 모델을 제시하고 실험을 통해 제시된 모델을 평가하였다. 실험을 위해 제작된 5m-PSC보의 표면에서 인위적으로 쉬미트해머의 타격에 의해 탄성파를 발생시켰으며 1m 간격으로 선형으로 배치된 7개의 AE센서에 의해 탄성파의 도달시간이 측정되었다. 최소제곱법에 의해 측정된 도달시간의 잔차의 제곱합이 최소가 되도록 파원의 위치를 구한 후, 실제 타격위치와 비교하여 추정된 위치결정방법의 정확도를 평가하였다. 54개의 타격실험을 통해 얻어진 파원위치의 평균제곱근 오차는 약 2cm 이었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Acoustic Emission (AE) technology is an effective nondestructive testing for continuous monitoring of defect formation and failures in structural materials. This paper presents a source location model using Acoustic Emission (AE) sensors in a Pre-Stressed Concrete (PSC) beam and the evaluation of th...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 교량과 같은 토목구조물에 많이 사용되는 프리스트레스트 콘크리트 보를 대상으로 AE기술에 의한 결함의 위치결정기술을 확립하기 위하여 실제 실험 부재를 제작하여 실험을 실시하였다. 인위적인 쉬미트해머의 타격에 의해 실험부재 표면에 탄성파를 발생시켰으며, 센서에서 측정된 탄성파의 도달시간으로부터 최소제 곱법에 의해 파원의 위치를 구한 후, 실제 타격위치와 비교하여 위치결정방법의 정확도를 평가하였다.

가설 설정

  • 일반적으로 탄성파의 전달속도는 전달거리에 관계없이 상수로 가정되어 왔으나, 콘크리트의 경우 매질의 특성상 감쇠의 영향이 크고 토목구조물은 그 규모가 크므로 센서와 파원과의 거리가 상당히 떨어져 있다. 따라서 탄성파의 전달속도는 상수뿐 아니라 탄성파의 감쇠 효과를 고려하여 전달거리에 대한 선형함수로 가정하여 추 정하였다.
  • 먼저 각 센서에 대한 탄성파 전달속도가 일정하다고 가정하여 탄성파의 전달속도를 최소제곱법에 의해 추정하였다. 전체 타격실험에 대해 총 관측값의 수는 378(=18 X 3 X 7), 관측방정식의 수는 324=(18 X 3 X 6), 미지수는 하나의 속도(V) 이다.
  • 센서에 관계없이 동일 속도로 가정한 경우에서와 같은 방법으로 센서별 잔차의 RMS와 평균을 구하였으며(표 1), 그 결과 잔차의 RMS와 평균 모두 크게 향상된 것을 알 수 있었다. 센서 그룹별 속도를 고려하므로써 기계오차가 제거된 것으로 가정하고 과대오차에 대한 분석을 하였다. 잔차의분산은 식(4)에 의해 계산할 수 있으며(Mikhail, 1976), 과대오차에 대한 판단은 식 (5)에서와 같이 잔차의 절대 값이 잔차에 대한 표준편차의 추정값의 3배 이상인 경우 과대오차로 가정하여 관측값에서 제외하였다(Mikhail 등,2001).
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참고문헌 (12)

  1. 권오양 (2001), 음향탐상(AE)기술의 현황과 활용방안, 안전기술지, http://home.kosha.net/~ndeteam/data/data13.hwp 

  2. Cullington, D. W., MacNeil, D., Paulson, P. and Elliot, J. (2001) Continuous acoustic monitoring of grouted post-tensioned concrete bridges, NDT&E International, Vol. 34, pp. 95-105 

  3. Halsall, A. P., Welch, W. E. and Trepanier, S. M. (1996), Acoustic monitoring technology for post-tensioned concrete structures, FIP Symposium 1996 on Post-tensioned Concrete Structures, The Concrete Society, pp. 483-491 

  4. Landis, E. N. and Shah, S. P. (1993), Signal analysis for quantitative AE testing, Nondestructive Testing from Structures Congress '93, Irvine, Calif, pp. 45-56 

  5. Mathy, B., Demars, P., Roisin, F. and Wouters, M. (1996), Investigation and strengthening study of twenty damaged bridges:a Belgiurn case history, Bridge Management: Inspection Maintenance and Repair, Proceedings of the 3rd International Conference, University of Surrey, pp. 658-666 

  6. Meng, M., Roberts, G. W., Dodson, A. H., Cosser, E., Barnes, J. and Rizos, C. (2004), Impact of GPS satellite and pseudolite geometry on structural deformation monitoring: analytical and empirical studies, Journal of Geodesy, Vol. 77, pp. 809-822 

  7. Mikhail, E. M. (1976), Observations and least squares, University Press of America, New York, NY, pp. 110-118 

  8. Mikhail, E. M., Bethel, J. S. and McGlone, J. C. (2001), Introduction to modern photogrammetry, John Wiley & Sons Inc., New York, pp. 414-422 

  9. Roberts, G. W., Meng, X. and Dodson, A. H. (2004), Integrating a Global Positioning System and Accelerometers to Monitor the Deflection of Bridges, ASCE Journal of Surveying Engineering, Vol. 130, No.2, pp. 65-72 

  10. The Concrete Society (1996), Durable bonded post-tensioned concrete bridges, Concrete Society Technical Report 47, TR047 

  11. Woodward, R. J. and Williams, F. W. (1988), Collapse of Ynys-s-Gwas bridge, West Glamorgan, Proceedings of Institute oj Civil Engineers, Part 1, Vol. 84, pp. 635-669 

  12. Youn, Seck-Goo, Cho, Sun-Kyu and Kim, Eun-Kyum (2005), Acoustic emission technique for detection of corrosion-induced wire fracture, Key Engineering Materials, Vol. 297-300, pp. 2040-2045 

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