본 논문에서는 압분광법을 기반으로 강재에 작용하는 응력을 비파괴/비접촉식으로 측정할 수 있는 새로운 방법은 제안하고, 이에 대한 가능성을 실험적으로 검증하였다. 분광법은 일반적으로 대상물의 화학적 성분을 분석하는데 주로 사용되며, 토목분야에서는 강재의 부식을 판단하는데 일부 사용되고 있다. 압분광법은 대상물이 하중을 받을 때 측정된 스펙트럼이 하중이 없는 상태에서 측정된 스펙트럼으로부터 이동(Shift)되는 현상인, 압분광현상을 기반으로 응력을 측정하는 방법이다. 여기서, 응력-스펙트럼 이동 관계를 선형으로 가정하였을 때, 압분광 계수를 도출할 수 있으며, 이를 통하여 현재상태의 응력을 측정할 수 있다. 해당 기술은 레이저를 기반으로한 비접촉식 응력측정 기술로써, 최근에 철도 구조물에 대한 응력 측정을 시작으로 다양한 토목구조물의 응력측정에 대한 적용이 시도되고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 압분광법 기술을 이용하여 강구조물의 응력을 측정할 수 있도록, 용사코팅을 이용하여 알루미나를 구조용 강재표면에 도포하고, 일축압축 하중시험을 수행하여 각 하중단계에서의 스펙트럼 이동(Shift)값을 확인하였다. 이를 통하여, 각 하중값과 스펙트럼 이동값이 선형관계임을 확인하였다. 따라서, 이와 같은 선형적인 관계로 부터, 1차 선형식의 상수값인 압분광 계수를 도출하고, 이를 통하여 강재에 작용하는 응력을 측정할 수 있을 것으로 기대된다.
본 논문에서는 압분광법을 기반으로 강재에 작용하는 응력을 비파괴/비접촉식으로 측정할 수 있는 새로운 방법은 제안하고, 이에 대한 가능성을 실험적으로 검증하였다. 분광법은 일반적으로 대상물의 화학적 성분을 분석하는데 주로 사용되며, 토목분야에서는 강재의 부식을 판단하는데 일부 사용되고 있다. 압분광법은 대상물이 하중을 받을 때 측정된 스펙트럼이 하중이 없는 상태에서 측정된 스펙트럼으로부터 이동(Shift)되는 현상인, 압분광현상을 기반으로 응력을 측정하는 방법이다. 여기서, 응력-스펙트럼 이동 관계를 선형으로 가정하였을 때, 압분광 계수를 도출할 수 있으며, 이를 통하여 현재상태의 응력을 측정할 수 있다. 해당 기술은 레이저를 기반으로한 비접촉식 응력측정 기술로써, 최근에 철도 구조물에 대한 응력 측정을 시작으로 다양한 토목구조물의 응력측정에 대한 적용이 시도되고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 압분광법 기술을 이용하여 강구조물의 응력을 측정할 수 있도록, 용사코팅을 이용하여 알루미나를 구조용 강재표면에 도포하고, 일축압축 하중시험을 수행하여 각 하중단계에서의 스펙트럼 이동(Shift)값을 확인하였다. 이를 통하여, 각 하중값과 스펙트럼 이동값이 선형관계임을 확인하였다. 따라서, 이와 같은 선형적인 관계로 부터, 1차 선형식의 상수값인 압분광 계수를 도출하고, 이를 통하여 강재에 작용하는 응력을 측정할 수 있을 것으로 기대된다.
In this paper, a novel laser-based non-contact and non-destructive stress measurement technique is newly proposed for measuring stress in steel structural members. As the demand of stress monitoring in structural members is increased, various non-destructive techniques are being applied to the field...
In this paper, a novel laser-based non-contact and non-destructive stress measurement technique is newly proposed for measuring stress in steel structural members. As the demand of stress monitoring in structural members is increased, various non-destructive techniques are being applied to the field of structural health monitoring. Spectroscopic techniques are non-contact technique and widely used for chemical identification of target materials. Especially, piezospectroscopic technique is a residual stress measurement technique in thermal barrier coatings. Although the piezospectroscopic technique has high possibility of measuring structural stress in steel members, the technique has been rarely applied to this field. In this paper, piezospectroscopy-based stress measurement technique is, therefore, proposed for measuring stress in steel structural member. To do that, alumina particles have been coated onto a specimen of a structural steel rod using a thermal spray coating technique. And then, an uniaxial compression test has been conducted to the specimen to collect each fluorescence spectrum under different loading conditions. Finally, the linear relation of spectral shift and applied compressive stress of the specimen has been experimentally established.
In this paper, a novel laser-based non-contact and non-destructive stress measurement technique is newly proposed for measuring stress in steel structural members. As the demand of stress monitoring in structural members is increased, various non-destructive techniques are being applied to the field of structural health monitoring. Spectroscopic techniques are non-contact technique and widely used for chemical identification of target materials. Especially, piezospectroscopic technique is a residual stress measurement technique in thermal barrier coatings. Although the piezospectroscopic technique has high possibility of measuring structural stress in steel members, the technique has been rarely applied to this field. In this paper, piezospectroscopy-based stress measurement technique is, therefore, proposed for measuring stress in steel structural member. To do that, alumina particles have been coated onto a specimen of a structural steel rod using a thermal spray coating technique. And then, an uniaxial compression test has been conducted to the specimen to collect each fluorescence spectrum under different loading conditions. Finally, the linear relation of spectral shift and applied compressive stress of the specimen has been experimentally established.
따라서, 본 연구에서는 이와 같은 압분광 현상을 기반으로 한, 레이저를 이용한 새로운 비접촉식/비파괴식 강재 응력 측정 방법을 제안하고, 이에 대한 적용가능성을 실험적으로 검증하였다. 이를 위하여, 1) 압분광 현상을 갖는 물질인 알루미나를 구조용 강 표면에 용사코팅방법을 이용하여 도포하고, 2) 응력 측정용 코팅이 포함된 시편에 대한 압축하중시험을 수행 하여, 3) 하중-스펙트럼 이동에 대한 선형성을 검증하였다.
제안 방법
따라서, 본 연구에서는 이와 같은 압분광 현상을 기반으로 한, 레이저를 이용한 새로운 비접촉식/비파괴식 강재 응력 측정 방법을 제안하고, 이에 대한 적용가능성을 실험적으로 검증하였다. 이를 위하여, 1) 압분광 현상을 갖는 물질인 알루미나를 구조용 강 표면에 용사코팅방법을 이용하여 도포하고, 2) 응력 측정용 코팅이 포함된 시편에 대한 압축하중시험을 수행 하여, 3) 하중-스펙트럼 이동에 대한 선형성을 검증하였다.
대상 데이터
3은 본 연구에서 사용된 용사코팅의 개략적인 방법을 보인다. 본 연구에서는 압분광법에 높은 민감도를 갖는 알루미나 분말을 용사코팅 재료로 선택하였다(Kim and Yun, 2018).
5는 하중 Step 1에서 레이저를 시편에 조사하여 형광스펙트럼을 수집하는 모습을 보인다. 본 연구에서는 형광스펙트럼 수집을 위하여 532 nm의 레이저를 사용하였으며, 정밀한 스펙트럼 이동량 분석을 위하여 한 하중 단계에서 10개의 스펙트럼을 수집하였다. Fig.
성능/효과
제안방법에서는 용사코팅을 이용하여 알루미나를 구조용 강재표면에 도포하고, 압축하중시험을 수행하여 각 하중단계에서의 스펙트럼 이동(Shift)값을 확인하였다. 이를 통하여, 각 하중값과 스펙트럼 이동값이 선형관계임을 확인하였다. 따라서, 이와 같은 선형적인 관계로 부터, 1차 선형식의 상수값인 압분광 계수를 도출하고, 이를 통하여 강재모재에 작용하는 응력을 측정할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는, 강재에 작용하는 응력을 비파괴/비접촉식으로 측정할 수 있는 새로운 방법은 제안하고, 이에 대한 가능성을 실험적으로 검증하였다. 제안방법에서는 용사코팅을 이용하여 알루미나를 구조용 강재표면에 도포하고, 압축하중시험을 수행하여 각 하중단계에서의 스펙트럼 이동(Shift)값을 확인하였다. 이를 통하여, 각 하중값과 스펙트럼 이동값이 선형관계임을 확인하였다.
후속연구
이를 통하여, 각 하중값과 스펙트럼 이동값이 선형관계임을 확인하였다. 따라서, 이와 같은 선형적인 관계로 부터, 1차 선형식의 상수값인 압분광 계수를 도출하고, 이를 통하여 강재모재에 작용하는 응력을 측정할 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
압분광법을 이용하여 응력을 측정하기위해 필요한 것은?
압분광법을 이용하여 응력을 측정하기 위해서는 Fig. 2와 같이 레이저(Laser module)와 분광기(Spectrometer), 그리고 두 시스템과 광섬유(Optic cable)를 이용하여 연결된 탐침기 (Probe)가 필요하다. 먼저 스펙트럼 수집을 위하여, 레이저 모듈에서 레이저를 발생시키고, 이를 광섬유와 탐침기를 통하 여 대상 시편에 조사한다.
강재 코팅방법으로 용사코팅을 사용한 이유는?
증착의 경우 모재의 열변형이 크지 않고, 피막 두께를 얇게 할 수 있으며, 내충격성이 좋은 코팅을 만들 수 있는 반면, 코팅을 위한 고진공 상태, 높은 반응 온도를 필요로 하거나, 복잡한 장치를 필요로 하는 경우가 있다. 용사코팅의 경우, 모재의 열변형이 적고, 접착력이 우수하며, 적용할 수 있는 모재가 다양하다. 또한, 다른 기술들과 달리 현장 적용 가능성이 높은 기술이다. 따라서 본 연구에서는 용사코팅을 이용하여 응력 측정용 코팅 시편을 제작하였다.
압분광법이란 무엇인가?
분광법은 일반적으로 대상물의 화학적 성분을 분석하는데 주로 사용되며, 토목분야에서는 강재의 부식을 판단하는데 일부 사용되고 있다. 압분광법은 대상물이 하중을 받을 때 측정된 스펙트럼이 하중이 없는 상태에서 측정된 스펙트럼으로부터 이동(Shift)되는 현상인, 압분광현상을 기반으로 응력을 측정하는 방법이다. 여기서, 응력-스펙트럼 이동 관계를 선형으로 가정하였을 때, 압분광 계수를 도출할 수 있으며, 이를 통하여 현재상태의 응력을 측정할 수 있다.
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