[논문]목재 데크재의 초음파 비파괴시험에 의한 인위적인 결함의 영향평가

오세창

doi:10.5658/wood.2016.44.1.1

초록
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목재 데크재에 인위적인 결함인 구멍을 부여하고 이들의 성능평가를 위해 초음파 비파괴 시험법을 적용하였다. 구멍의 크기와 개수를 달리하여 각각에 대한 초음파 전달속도를 측정하고 탄성계수를 산정하여 그 영향을 비교분석하였다. 시험결과 구멍의 크기가 커짐에 따라 초음파 전달속도와 탄성계수는 감소하였으며 이들 상호간에는 직선상관관계를 보였다. 구멍의 크기가 증가하면 초음파의 전달 길이는 증가하며 이에 따라 초음파속도는 감소하였지만 구멍의 크기가 15 mm 이하로 작은 경우에는 구멍이 없는 부재에 비해 그 차이가 작게 나타났다. 구멍의 개수가 많아짐에 따라 초음파 전달속도와 탄성계수는 감소하였으며 이들 상호간에는 높은 직선상관관계를 보였다. 구멍의 개수가 3개인 경우 초음파속도는 약 3.5% 정도 감소한데 비하여 탄성계수는 27% 정도로 현저히 감소하여 더 큰 감소경향을 나타내었다. 이들의 결과로부터 구멍의 크기와 개수는 초음파 전달속도와 탄성계수에 영향을 미치며 구멍의 크기가 크고 개수가 많아질수록 그 영향은 더욱 커질 것으로 여겨진다. 또한 작은 결함의 탐지를 위해서는 초음파 전달속도에만 의지할 것이 아니라 여러 초음파 변수를 고려하여 적용하는 방법을 고려하여야 할 것으로 생각된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Non-destructive ultrasonic testing was applied to evaluate the performance of wood deck material with hole as artificial defect. Ultrasonic velocities and modulus of elasticity were measured according to different diameters and numbers of holes, and comparative analysis to each data were done. From ...

Non-destructive ultrasonic testing was applied to evaluate the performance of wood deck material with hole as artificial defect. Ultrasonic velocities and modulus of elasticity were measured according to different diameters and numbers of holes, and comparative analysis to each data were done. From the results, ultrasonic velocities and modulus of elasticity decreased with an increase in the hole size and showed a negative linear correlation with the size of hole, respectively. As the hole size increased, ultrasonic velocities decreased, but their difference was small in the case of the hole size under 15 mm. Also, ultrasonic velocities and modulus of elasticity decreased with increasing the number of holes and showed a strong negative linear correlation to the number of holes. As the number of holes increased, ultrasonic velocities decreased to 3.5%, but modulus of elasticity decreased to 27%. Therefore, the number of holes showed greater influence to modulus of elasticity than ultrasonic velocity. Overall, the size and number of holes influenced to ultrasonic velocity and modulus of elasticity, and their influence will be greater as the size and number of holes increases. These results suggested that several ultrasonic parameters rather than a single ultrasonic velocity should be applied to detect small defects in wood decking materials.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 현재 데크재로 많이 사용되고 있는 활엽수재의 하나인 멀바우 목재 데크재에 대하여 초음파 비파괴 시험법을 적용하여 인위적인 결함을 부여한 각 부재에 대해 그 크기가 수가 부재에 미치는 영향을 조사하고 정량화하여 향후 목재데크재의 유지관리에 필요한 기초적인 자료를 제시하고자 하였다.

제안 방법

공시재료에 대해 길이를 880 mm로 재단한 다음 스위스 Proceq사의 Pundit Lab Plus 기기를 사용하여 양 단면에 초음파 트랜스듀서를 설치하고 초음파 전달속도를 측정하였으며 측정이 끝난 후 구멍크기에 따른 효과를 검증하기 위해 같은 시험편에 대해 Fig. 1과 같이 직경 5 mm의 구멍을 뚫어 다시 초음파 속도를 측정하였으며 이후 같은 위치에서 10, 15, 20 mm 크기의 순으로 차례로 구멍을 뚫어 각 크기의 구멍을 가진 부재의 초음파 속도를 측정하였다. 추가 적으로 구멍 개수에 따른 효과를 검증하기 위해 20 mm 크기의 구멍을 Fig.
1과 같이 직경 5 mm의 구멍을 뚫어 다시 초음파 속도를 측정하였으며 이후 같은 위치에서 10, 15, 20 mm 크기의 순으로 차례로 구멍을 뚫어 각 크기의 구멍을 가진 부재의 초음파 속도를 측정하였다. 추가 적으로 구멍 개수에 따른 효과를 검증하기 위해 20 mm 크기의 구멍을 Fig. 1과 같이 1, 2, 3개를 차례로 뚫어 구멍 개수별로 Fig. 2와 같이 각각의 초음파 속도를 측정하였다. 각 시험에 따른 시험편의 개수는 10개로 하였으며 사용된 초음파기기의 트랜스듀서는 주파수는 54 kHZ이며 펄스폭은 9.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 시험재료는 현재 목재 데크재로 많이 유통되어 현장에서 사용되고 있는 고밀도 활엽수재인 멀바우(Merbau)재를 전문업체로부터 구입하여 시험용 공시재료로 하였으며 그 내역은 Table 1과 같다.

성능/효과

먼저 구멍의 직경에 대한 초음파속도의 영향에서 구멍의 크기가 증가함에 따라 초음파속도는 감소하고 탄성계수도 감소하는 것으로 나타났다. 감소경향은 구멍의 크기가 클수록 크게 나타났으며 직경 15 mm 전후에서 초음파속도의 감소폭은 더 크게 나타났다. 또 구멍의 수는 초음파 전달속도에 영향을 미치는 것으로 나타났으며 구멍의 수가 많아질수록 초음파 속도는 감소하였으며 구멍의 개수가 3개인 경우 초음파속도는 약 3.
감소경향은 구멍의 크기가 클수록 크게 나타났으며 직경 15 mm 전후에서 초음파속도의 감소폭은 더 크게 나타났다. 또 구멍의 수는 초음파 전달속도에 영향을 미치는 것으로 나타났으며 구멍의 수가 많아질수록 초음파 속도는 감소하였으며 구멍의 개수가 3개인 경우 초음파속도는 약 3.5% 정도 감소한 반면 탄성계수는 27% 정도로 현저히 감소하여 초음파속도보다 탄성계수에 미치는 영향이 더 크게 나타났다. 구멍의 크기가 작은 경우에는 그 차이가 작아 이를 검증해 내는 데에는 미세한 차이에 주의할 필요가 있다고 생각된다.
먼저 구멍의 직경에 대한 초음파속도의 영향에서 구멍의 크기가 증가함에 따라 초음파속도는 감소하고 탄성계수도 감소하는 것으로 나타났다. 감소경향은 구멍의 크기가 클수록 크게 나타났으며 직경 15 mm 전후에서 초음파속도의 감소폭은 더 크게 나타났다.

후속연구

추가적인 연구를 통하여 구멍의 크기가 작은 경우에는 그 차이를 검증해내어 개량화하는 데에는 신중한 고려가 필요하며 초음파 속도뿐만 아니라 측정센서의 주파수를 증대시켜 적용하거나 에너지흡수율 등 여러 다른 초음파 변수들도 고려하여 그 영향을 탐지해 내는 방법을 적용할 필요성이 제기되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	목재 데크재에 인위적인 결함인 구멍을 크기와 개수를 달리하여 부여하고 성능평가를 위해 초음파 비파괴 시험법을 적용하여 각각의 초음파 전달속도를 측정하고 탄성계수의 영향을 비교분석한 결과는 어떠한가?	구멍의 크기와 개수를 달리하여 각각에 대한 초음파 전달속도를 측정하고 탄성계수를 산정하여 그 영향을 비교분석하였다. 시험결과 구멍의 크기가 커짐에 따라 초음파 전달속도와 탄성계수는 감소하였으며 이들 상호간에는 직선상관관계를 보였다. 구멍의 크기가 증가하면 초음파의 전달 길이는 증가하며 이에 따라 초음파속도는 감소하였지만 구멍의 크기가 15 mm 이하로 작은 경우에는 구멍이 없는 부재에 비해 그 차이가 작게 나타났다. 구멍의 개수가 많아짐에 따라 초음파 전달속도와 탄성계수는 감소하였으며 이들 상호간에는 높은 직선상관관계를 보였다. 구멍의 개수가 3개인 경우 초음파속도는 약 3.5% 정도 감소한데 비하여 탄성계수는 27% 정도로 현저히 감소하여 더 큰 감소경향을 나타내었다. 이들의 결과로부터 구멍의 크기와 개수는 초음파 전달속도와 탄성계수에 영향을 미치며 구멍의 크기가 크고 개수가 많아질수록 그 영향은 더욱 커질 것으로 여겨진다.
	비파괴 시험법 중 초음파 시험법이 특징은 무엇인가?	이에 따라 다양한 비파괴시험법이 목재의 재질평가에 적용되었으며 그 경향은 갈수록 증대되고 있다. 비파괴 시험법 중 초음파 시험법은 목재에 손상을 주지 않고, 장비의 구성이 비교적 간단하여 국내에서도 목재와 목조건축물의 재질성능시험과 열화탐지에 많이 사용되고 있다 (Jang, 2000; Lee et al., 2003; Park and Hong, 2008; Park and Kim, 2014; Hwang, et al.
	목재의 결함으로 말미암아 발생하는 일은 무엇인가?	목재의 재질은 용도에 직접 영향을 미치며 목재의 결함은 목재의 용도를 제한하고 가치를 저하시키는 주원인이 되며 결함에는 내재적인 결함 이외에도 부후, 할렬 등 외부적인 영향에 따른 결함도 많이 발생한다. 이러한 결함들로 인해 목재로 된 건물의 수명이 짧아지고 사용목재의 내구연한이 감소되어 심지어는 국부적인 파괴에까지 이르기도 한다.

참고문헌 (14)

Carrasco, V.M., Teixeira, A.R. 2012. Methodology for inspection of wood pathologies sing ultrasonic pulses. Cerne, Lavras 18(3): 479-486.

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Hwang, W.J., Lee, M.H., Park, Y.R., Lee, D.H. 2014. The change of ultrasonic transmission velocity by wood decay. Journal of the Korean Wood Science and Technology 42(2): 214-221.

원문보기 상세보기
Jang, S.J. 2000. Effect of moisture content and slope of grain on ultrasonic transmission speed of wood. Journal of the Korean Wood Science and Technology 28(2): 10-18.
Kabir, M.F., Araman, P.A. 2002. Non-destructive evaluation of defects in wood pallet parts by ultrasonic scanning. 13th International Symposium on Nondestructive Testing of Wood, California, USA.
Lee, J.J., Kim, G.M., Bae, M.S. 2003. Investigation of transmission process for ultrasonic waves in wood. Journal of the Korean Wood Science and Technology 31(2): 31-37.
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Lin, W., Wu, J. 2013b. Non-destructive testing of wood defects based on stress wave technology. TELKOMNIKA 11(11): 6802-6807.
Lin, W., Wu, J. 2013c. Non-destructive testing of wood defects for Korean pine in Northwest China based on ultrasonic technology. Proceedings of IEEE International Conference on Signal Processing, Communication and Computing. Yunan, China.
Mestre, P., Calcada, A., Carvalho, N., Serodio, C., Couto, P., Matias, J., Melo-Pinto, P., Morais, J. 2013. Low-cost ultrasonic probe to assess wood defects and parameters. Proceedings of the World Congress on Engineering Vol.II, WCE 2013, London, U.K.
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원문보기 상세보기
Park, J.C., Hong, S.I. 2008. Determination of localized defects in wood by the transfer time of ultrasonic waves. Journal of the Korean Wood Science and Technology 36(1): 61-68.
Raquel, G., Domingos, G.P.C., Chiara, B.S., Fernando, A.F.B. 2011. Behavior of ultrasonic waves propagation in presence of holes on Pequia (Aspidosperma desmanthum) wood. 17th International Nondestructive Testing and Evaluation of Wood Symposium, Sopron, Hungry.
Shaji, T., Somayaji, S., Mathews, M.S. 2000. Ultrasonic pulse velocity technique for inspection and evaluation of timber. Journal of Materials in Civil Engineering Vol. 12(2): 180-185.

상세보기
Yavari, A., Roohnia, M., Khademi-Eslam, H., Yavari, E. 2011. Hole influence and FFT variation inspection in poplar wood by free vibration method. 17th International Nondestructive Testing and Evaluation of Wood Symposium. Sopron, Hungry.

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