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[국내논문] 콘크리트 내부결함 탐지를 위한 초음파 전파 해석
Ultrasonic Wave Propagation Analysis for Damage Detection in Heterogeneous Concrete Materials 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.33 no.4, 2020년, pp.225 - 235  

정휘권 (전남대학교 토목공학과) ,  이인규 (전남대학교 토목공학과) ,  김재민 (전남대학교 토목공학과)

초록
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초음파 탐상은 다양한 콘크리트 구조물의 비파괴검사에서 활용된다. 본 연구에서는 골재형상을 고려한 골재-모르타르 모델 생성과 초음파 전파 해석을 수행하였다. 실제 골재형상을 반영하기 위해 이미지처리를 통한 골재-모르타르 단면으로부터 모르타르와 골재 영역을 파악하고, 영역 경계형상을 보존하면서 격자를 생성하는 기법을 개발하였다. 개발된 기법에서는 모든 격자가 4각형으로 생성된다. 골재-모르타르 모델을 통해 초음파 전파 해석을 수행하였고 모델을 반무한체로 간주하기 위해 CALM 기반 경계흡수 조건을 적용하였다. 골재 및 결함을 포함한 이미지로부터 격자를 생성한 뒤, 결함 영역에 포함된 격자를 제거하여 공극결함을 모사하였다. 본격적인 결함탐지 전 선행 해석을 통해 모델 동특성을 고려한 적절한 가진 주파수를 결정 및 가진 신호형상을 설계하였다. 이후 case 별초음파 전파 해석을 통해 신호를 획득하고 신호 에너지 맵핑 작업을 통해 내부 결함을 가시화 하였다. 가시화 결과, 골재에 의한 다수반사 및 산란현상이 관찰되지만 결함부에서 신호 에너지는 가장 높게 나타났으며 모든 해석 case에서 결함위치 추정이 가능하였다. 또한 균열의 경우 형상파악도 가능하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Ultrasonic investigation of damage detection has been widely used for non-destructive testing of various concrete structures. This study focuses on damage detection analysis with the aid of wave propagation in two-phase composite concrete with aggregate (inclusion) and mortar (matrix). To fabricate ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 모델의 콘크리트 시편을 효율적으로 가진하기 위해 적절한 가진 주파수 선정을 위한 해석을 진행하였다. 관련 연구 사례에서는 20~200kHz 범위 및 50kHz 가진 신호가 주로 사용된다(Khazanovich et al.
  • 마지막으로 다양한 케이스에 대한 초음파 전파해석을 수행한 뒤, 신호처리를 통해 결함부를 가시화하였다. 본 연구를 통해 골재-모르타르 모델 생성과 초음파 탐상 기반 결함탐지의 가능성을 확인하였다.
  • 본 연구에서는 양질의 초음파 전파 해석 결과를 얻기 위해 모든 격자를 사각형으로 생성하고자 한다. 격자 생성을 위해 먼저 모델 영역 내 사각형 그리드를 생성하고 Fig.

가설 설정

  • 실제 골재형상을 고려한 모델 생성을 위해 골재-모르타르 시편의 단면 이미지를 대상으로 이미지처리를 수행하였다. Fig. 1과 같이 콘크리트는 내부결함을 제외하면 골재와 모르타르로 구성된 것으로 가정한다. 골재영역은 모르타르 영역에 비해 더 어두운 색을 갖기 때문에 해당 단면 이미지를 흑백화(gray scale)한 뒤, 색상 세기(threshold value)를 기준으로 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
초음파 탐상은 어디에 활용되는가? 초음파 탐상은 다양한 콘크리트 구조물의 비파괴검사에서 활용된다. 본 연구에서는 골재형상을 고려한 골재-모르타르 모델 생성과 초음파 전파 해석을 수행하였다.
초음파 탐상을 통해 실험적으로 콘크리트 구조물 내부결함을 탐지한 연구사례는 무엇이 있는가? 초음파 탐상을 통해 실험적으로 콘크리트 구조물 내부결함을 탐지한 연구사례는 다음과 같다. 초음파 속도법의 경우 주로 진행방향으로 압축-인장 변형이 발생하는 P파를 사용한다. 구조물 전반 물성에 따라 파의 관통속도가 달라지기 때문에 모르타르 내 공극이 강도에 미치는 영향을 평가하거나(Lorenzi et al., 2007), 콘크리트 역타시공 시 이음부에 발생하는 공극을 검출하는 연구가 수행되었다(Park et al., 2000).
콘크리트는 어떤 재료인가? 콘크리트는 물, 시멘트와 다양한 골재로 구성된 혼합물로 비균질성 재료이며, 경제적 이점과 우수한 압축강도 및 성형성으로 인해 대부분의 토목 및 건축 구조물 건설에 사용된다. 하지만 콘크리트 구조물은 건설 시 콘크리트 대량 타설 및 양생 과정과 함께 다양한 원인(지진, 알칼리-골재 반응 및 충격과 열손상 등)에 의해 내부 공극 및 균열이 발생하며, 공극으로 침투된 수분은 동결 및 융해과정을 반복하면서 구조물의 건전도를 저해시킨다(Cho et al.
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참고문헌 (30)

  1. Ariannejad, H. (2019) Numerical Simulation of Diffuse Ultrasonic Waves in Concrete, Master's thesis, University of Nebraska. 

  2. Chen, H., Xu, B., Mo, Y., Zhou, T. (2018) Multi-Scale Stress Wave Simulation for Aggregates Segregation Detection of Concrete Core in Circular CFST Coupled with PZT Patches, Mater., 11(7), p.1223. 

  3. Chen, H., Xu, B., Zhou, T., Mo, Y.L. (2019) Debonding Detection for Rectangular CFST using Surface Wave Measurement, Mech. Syst. & Signal Process., 117, pp.238-254. 

  4. Cho, Y.J., Rhim, H.C., Kim, D.Y. (2016) Ultrasonic Testing of Voids Inside Mortar for Structural Integrity Evaluation, Korea Inst. Build. Constr., 16(1), pp.90-91. 

  5. Giurgiutiu, V. (2014) Structural Health Monitoring with Piezoelectric Wafer Active Sensors, 2nd ed.; Academic Press: Cambridge, MA, USA. 

  6. Hoegh, K., Khazanovich, Lev., Yu, H.T. (2011) Ultrasonic Tomography Technique for Evaluation Concrete Pavements, J. Transp. Res. Board, 2233, pp.85-94. 

  7. Jung, H.K., Park, G. (2019) Rapid and Non-Invasive Surface Crack Detection for Pressed-Panel Products based on Online Image Processing, Struct. Health Monit., 18(2019), pp.1928-1942. 

  8. Khazanovich, L., Freeseman, K., Salles, L., Asadollahi, A. (2016) Damage detection techniques for concrete applications, University Transportation Center for Highway Pavement Presentation. 

  9. Lesnicki, K.J., Kim, J.Y., Kurtis, K.E., Jacobs, L.J. (2011) Characterization of ASR Damage in Concrete using Non-Linear Impact Resonance Acoustic Spectroscopy Technique, NDT&E Int., 44(8), pp.721-727. 

  10. Li, J., Lu, Y., Guan, R., Qu, W. (2017) Guided Waves for Debonding Identification on CFRP-Reinforced Concrete Beams, Constr. & Build. Mater., 131, pp.388-399. 

  11. Lorenzi, A., Tisbierek, F.T., Silva, L.C.P.F. (2007) Ultrasonic Pulse Velocity Analysis in Concrete Specimens, Conf. IV Conferencia Panamericana de Ensayos No Destructivos, Buenos Aires, ARG, pp.1-13. 

  12. Mohamed, A.R., Hansen, W. (1999) Micromechanical Modeling of Crack-Aggregate Interaction in Concrete Materials, Cem. Concr. Compos., 21, pp.349-359. 

  13. Ng, C.T., Mohsensi, H., Lam, H.F. (2019) Debonding Detection in CFRP-Retrofitted Reinforced Concrete Structures using Nonlinear Rayleigh Wave, Mech. Syst. & Signal Proc., 125, pp.245-256. 

  14. Park, S.J., Yim, H.J., Kwak, H.G. (2012) Evaluation of Microcracks in Thermal Damaged Concrete using Nonlinear Ultrasonic Modulation Technique, J. Korea Concr. Inst., 24(6), pp.651-658. 

  15. Park, S.K., Baek, U.C., Lee, H.B., Kim, M.M. (2000) Non-Destructive Inspection of Top-Down Construction Joints of Column in SRC Structure using Ultrasonic Method, J. Korean Soc. Nondestruct. Test., 20(4), pp.290-295. 

  16. Rodrigues, A., Dimitrovova, Z. (2015) The Caughey Absorbing Layer Method-Implementation and Validation in Ansys Software, Lat. Am. J. Solids & Struct., 12(8). 

  17. Sa, M.H., Yoon, Y.G., Lee, I.B., Woo, I.S., Oh, T.K. (2017) A Study on the Statistical Distribution of Rebound Number and Ultrasonic Pulse Velocity in RC and PSC Concrete Structure, J. Korean Soc. Saf., 32(4), pp.53-58. 

  18. Schlangen, E., Garboczi, E. (1996) New Method for Simulating Fracture using an Elastically Uniform Random Geometry Lattce, Int. J. Eng. Sci., 34, pp.1131-1144. 

  19. Shah, J.K., Majhi, S., Mukherjee, A. (2018) Ultrasonic based Crack Imaging in Concrete, The 11th International Conference on Structural Integrity and Failure 2018, University of Western Australia, Australia. 

  20. Shen, W., Dongsheng, L., Jinping, O. (2018) Numerical simulation of guided wave propagation in reinforced concrete structures with debond damage, SPIE Smart Structures and Materials + Nondestructive Evaluation and Health Monitoring, Denver, Colorado, USA. 

  21. Smolarkiewicz, P.P., Nogueira, C.L., Willam, K.J. (2000) Ultrasonic Evaluation of Damage in Heterogeneous Concrete Materials, European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering, Barcelona, Spain, pp.1-13. 

  22. Vuong, L.T., LE, C., Nguyen, D.S. (2019) A Two-Dimensional Simulation of Ultrasonic Wave Propagation in Concrete using Finite Element Method, Int. J. Civil Eng. & Technol., 10(3), pp.566-580. 

  23. Wang, Z., Kwan, A., Chan, H. (1999) Mesoscopic Study of Concrete I: Generation of Random Aggregate Structure and Finite Element Mesh, Comput. & Struct., 70, pp.533-544. 

  24. Wriggers, P., Moftah, S. (2006) Homogenisation and Damage Behaviour, Finite Elements in Anal. & Des., 42, pp.623-636. 

  25. Xu, B., Zhang, T., Song, G., Gu, H.C. (2012) Active Interface Debonding Detection of a Concrete-Filled Steel Tube with Piezoelectric Technologies using Wavelet Packet Analysis, Mech. Syst. & Signal Process., 36, pp.7-17. 

  26. Yu, T., Chaix, J.F., Audibert, L., Komatitsch, D., Garnier, V., Henault, J.M. (2019) Simulation of Ultrasonic Wave Propagation in Concrete based on a Two-Dimensional Numerical Model Validated Analytically and Experimentally, Ultrasonics, 92, pp.21-34. 

  27. Yu, T., Chaix, J.F., Komatitsch, D., Garnier, V., Audibert , L., Henault, J.M. (2017) 2D Numerical Modeling of Ultrasonic Wave Propagation in Concrete: A Parameterization Study in a Multiple-Scattering Medium, 43rd Annual Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, Atlanta, Georgia, USA. 

  28. Zheng, Z., Lei, Y., Xin, X. (2014) Numerical Simulation of Monitoring Corrosion in Reinforced Concrete based on Ultrasonic Guided Waves, The Sci. World J. 

  29. Zhu, W., Tang, C., Wang, S. (2005) Numerical Study on the Influence of Mesomechanical Properties on Macroscopic Fracture of Concrete, Struct. Eng. & Mech., 19, pp.519-533. 

  30. Zima, B. (2019) Guided Wave Propagation in Detection of Partial Circumferential Debonding in Concrete Structures, Sensors, 19(9), pp.1-21. 

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