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문제 정의
- . 본 연구에서는 복합재구조물의 가장 취약한 분야인 충격에 의한 손상이 발생할 경우 효과적인 검출기법을 개발하고, 충격에 따른 내부결함의 정량평가에 ESPI를 활용하였다. 본 연구에서는 복합재 내부결함을 산업현장에서 쉽게 응용하여 효과적으로 검출을 할 수 있는 검사방법을 제안하였으며, 정량화 방법을 개발하기 위해 인공결함을 내부에 제작하여 제안된 검사방법을 이용하여 검출하고 상호 비교하였다.
제안 방법
- ESPI를 이용하여 충격손상을 받은 복합재 평판의 내부결함의 정량화를 위해 먼저 인공결함을 이용하여 그 적용 가능성 및 정량화를 시도하여 ESPI를 이용하여 내부결함 검사방법론을 개발하였다. 손상부에서 열변형 변화에 다른 표면변위 분포만을 분석함으로서 내부결함을 정량적으로 평가할 수 있었다.
- 측정은 시험편의 면외변위 (out-of-plane displaeemem)를 측정하여 결함을 정량화 하였다. 검출방법은 복합재료가 온도에 약한 성질을 이용하여 열전구를 이용하여 5 ℃ 내외의 온도변화를 주고 검출하는 방법을 이용하였다. 이 시험 기법은 현장에서 적용이 용이할 뿐만 아니라 제어가 간단하여 현장활용 기술로 사용이 가능하다.
- 이는 내부에 존재하는 테프론의 열변형이 표면까지 충분히 전달이 되지 않아 나타날 수 있는 현상으로 파악된다. 결함은 직경 30 mm의 원형결함을 29 mm로 측정하였으며, 40 mm, 15 mm의 땅콩 모양의 결함에 대해서 39 mm와 13 mm로 측정하였다. 이 결과는 수회의 실험을 평균하여 얻었다.
- 본 연구에서는 복합재 내부결함을 산업현장에서 쉽게 응용하여 효과적으로 검출을 할 수 있는 검사방법을 제안하였으며, 정량화 방법을 개발하기 위해 인공결함을 내부에 제작하여 제안된 검사방법을 이용하여 검출하고 상호 비교하였다. 마지막으로 실제 충격손상을 받은 복합재 시험편에 대해 직접적용 실험을 하여 검출하고 이를 기존 검사기법 및 육안검사를 통하여 결과를 비교하였다. 결과에서는 인공결함의 경우 매우 정확하게 위치 및 크기를 검출하였으나, 실제충격에 대해서는 정성적 평가는 정확히 검출하나, 정량평가에서는 기존 검사기법에 비해 다소 크게 평가하는 경향이 있었다.
- 복합재 시험편은 탄소섬유 강화플래스틱(CFRP : Carbon Fiber Reinforced Plastic)의 내부에 테프론을 이용한 내후 인공결함 시험편을 졔작하였으며, 실제 충격시험편은 충격시험기를 이용하여 시험편의 중앙에 충격을 가하였다. 인공결함은 층간분리를 모뎰링하기 위해 원형 모양의 직경 30 mm의 테프론과 충격결함을 모사한 땅콩모양의 길이 40 mm 높이 15 mm의 인공결함을 복합재 성형 시 내부에 삽입하였다.
- 본 연구에서는 복합재구조물의 가장 취약한 분야인 충격에 의한 손상이 발생할 경우 효과적인 검출기법을 개발하고, 충격에 따른 내부결함의 정량평가에 ESPI를 활용하였다. 본 연구에서는 복합재 내부결함을 산업현장에서 쉽게 응용하여 효과적으로 검출을 할 수 있는 검사방법을 제안하였으며, 정량화 방법을 개발하기 위해 인공결함을 내부에 제작하여 제안된 검사방법을 이용하여 검출하고 상호 비교하였다. 마지막으로 실제 충격손상을 받은 복합재 시험편에 대해 직접적용 실험을 하여 검출하고 이를 기존 검사기법 및 육안검사를 통하여 결과를 비교하였다.
- 실제 충격결함도 인공결함 검사방법과 동일하게 열변형을 이용하여 겸사하였다. 충격손상 표면과 손상부 후면을 각각 검사하였다.
- 정량분석을 위해 표면변위를 측정하고 결함부분에서 line profile를 구하여 결정할 수 있으나, 결함경계가 불명확하였다. 이 문제를 해결하기 위해 측정변위값을 미분하여 기울기를 구함으로서 기울기 급변점을 찾아 결함의 크기로 산정하였다. 충격 손상면에서 결함은 9.
- 손상부에서 열변형 변화에 다른 표면변위 분포만을 분석함으로서 내부결함을 정량적으로 평가할 수 있었다. 인공결함은 크기가 일정한 테프론을 삽입함으로서 결함의 경계가 확실하여 정량화를 정확히 할 수 있으나, 실제 충격손상결함은 손상부에 박리층의 경계가 불확실하여 본 연구에서는 변위분포의 미분값을 측정하여 기울기 급변점을 구하여 결함의 크기로 결정하였다. 결과는 각층을 벗겨내어 육안검사를 하여 검증하였으며, 약 1~2 mm정도씩 작게 평가하는 경향을 보였다.
- 이용하여 겸사하였다. 충격손상 표면과 손상부 후면을 각각 검사하였다. 충격시험편 적층구성은 [0°/90°]s 으로 구성되었다.
- 사용하였다. 측정은 시험편의 면외변위 (out-of-plane displaeemem)를 측정하여 결함을 정량화 하였다. 검출방법은 복합재료가 온도에 약한 성질을 이용하여 열전구를 이용하여 5 ℃ 내외의 온도변화를 주고 검출하는 방법을 이용하였다.
대상 데이터
- 이 문제를 해결하기 위해 측정변위값을 미분하여 기울기를 구함으로서 기울기 급변점을 찾아 결함의 크기로 산정하였다. 충격 손상면에서 결함은 9.94 mm, 7.38 mm로 검사되었으며, 그 후면에서는 13.03 mm, 6.87 mm로 측정되었다. 검출결과는 각 층을 벗겨내어 육안 검사하는 방법으로 결과를 비교하였으며 육안검사결과와는 잘 일치하였다.
데이터처리
- 결함은 직경 30 mm의 원형결함을 29 mm로 측정하였으며, 40 mm, 15 mm의 땅콩 모양의 결함에 대해서 39 mm와 13 mm로 측정하였다. 이 결과는 수회의 실험을 평균하여 얻었다.
이론/모형
- ESPI 시스템은 독일 Ettemeyer사의 3D ESPI 시스템을 사용하였다. 측정은 시험편의 면외변위 (out-of-plane displaeemem)를 측정하여 결함을 정량화 하였다.
성능/효과
- 87 mm로 측정되었다. 검출결과는 각 층을 벗겨내어 육안 검사하는 방법으로 결과를 비교하였으며 육안검사결과와는 잘 일치하였다.
- 인공결함은 크기가 일정한 테프론을 삽입함으로서 결함의 경계가 확실하여 정량화를 정확히 할 수 있으나, 실제 충격손상결함은 손상부에 박리층의 경계가 불확실하여 본 연구에서는 변위분포의 미분값을 측정하여 기울기 급변점을 구하여 결함의 크기로 결정하였다. 결과는 각층을 벗겨내어 육안검사를 하여 검증하였으며, 약 1~2 mm정도씩 작게 평가하는 경향을 보였다. 본 실험결과는 표면을 검사하는 방법으로 내부결함을 정화히 예측하기 위해서는 Z 축방향의 강성변화를 고려하여 검사되어진 표면결함의 크기만으로 진행깊이와 내부 크기를 평가할 수 있는 기법을 개발하여야 할 것이다.
- 마지막으로 실제 충격손상을 받은 복합재 시험편에 대해 직접적용 실험을 하여 검출하고 이를 기존 검사기법 및 육안검사를 통하여 결과를 비교하였다. 결과에서는 인공결함의 경우 매우 정확하게 위치 및 크기를 검출하였으나, 실제충격에 대해서는 정성적 평가는 정확히 검출하나, 정량평가에서는 기존 검사기법에 비해 다소 크게 평가하는 경향이 있었다. 이에 대한 결과분석이 되었으며, 복합재 구조물의 실제 현장적용을 위한 ESP1 검사기술의 전체적인 요약을 하였다.
후속연구
- 결과는 각층을 벗겨내어 육안검사를 하여 검증하였으며, 약 1~2 mm정도씩 작게 평가하는 경향을 보였다. 본 실험결과는 표면을 검사하는 방법으로 내부결함을 정화히 예측하기 위해서는 Z 축방향의 강성변화를 고려하여 검사되어진 표면결함의 크기만으로 진행깊이와 내부 크기를 평가할 수 있는 기법을 개발하여야 할 것이다.
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