초록 ▼

초음파 검사에서 결함 또는 손상의 검출 확률을 높이기 위해서는 입사 빔을 결함 위치에 집속시켜 큰 반사 신호를 얻는 일이 무엇보다 중요하다. 시간역전 기술은 매질과 센서의 특성에 관계없이 결함 위치에 신호의 시공간 집속이 우수한 첨단 기술이다. 또 미세 균열의 경우 비선형 신호의 추출과 이의 시간역전 및 재송신을 통하여 결함 신호를 크게 증가시킬 수 있다. 본 과제에서는 빔 집속을 통하여 선형 및 비선형 결함을 고감도로 검출할 수 있는 시간역전 초음파검사 기술에 대하여 연구하고 다음의 결과를 얻었다.
- 단일 및 다중 매질에서

초음파 검사에서 결함 또는 손상의 검출 확률을 높이기 위해서는 입사 빔을 결함 위치에 집속시켜 큰 반사 신호를 얻는 일이 무엇보다 중요하다. 시간역전 기술은 매질과 센서의 특성에 관계없이 결함 위치에 신호의 시공간 집속이 우수한 첨단 기술이다. 또 미세 균열의 경우 비선형 신호의 추출과 이의 시간역전 및 재송신을 통하여 결함 신호를 크게 증가시킬 수 있다. 본 과제에서는 빔 집속을 통하여 선형 및 비선형 결함을 고감도로 검출할 수 있는 시간역전 초음파검사 기술에 대하여 연구하고 다음의 결과를 얻었다.
- 단일 및 다중 매질에서 배열형 탐촉자 빔의 집속 거동을 해석적 및 수치적 방법으로 규명하고, 시간역전 개념에 기초한 시간지연을 적용하여 결함에의 빔 집속과 이로부터 결함 신호의 큰 증폭이 가능함을 실험적으로 검증함
- 선형 결함의 고감도 검출과 결함의 가시화를 위하여 판에서 램파의 시간역전과 센서 네트워크를 이용하여 baseline-free 결함탐상 기술을 개발하였으며, 곡면 형상의 시험체 내부 결함에의 시간역전 빔 집속과 이로부터 개선된 결함의 가시화 결과를 얻음
- 시간역전 빔 집속을 이용한 비선형 결함의 고감도 검출을 위하여 CT 시편을 이용하여 피로균열 계면에서의 저조파 및 고조파의 발생 특성을 규명하였고, 비선형 탄성파 스펙트럼 기법과 시간역전 기술을 결합하여 피로 균열을 높은 정확도와 감도로 탐지할 수 있음을 실험적으로 규명함

Abstract ▼

One of the most important things in ultrasonic nondestructive evaluation (NDE) is to focus the incident beam on defects, so that the flaw-scattered signal can be greatly increased and consequently the probability of detection can be improved. Phased array transducers are being widely used for the pu

One of the most important things in ultrasonic nondestructive evaluation (NDE) is to focus the incident beam on defects, so that the flaw-scattered signal can be greatly increased and consequently the probability of detection can be improved. Phased array transducers are being widely used for the purpose of beam focusing. However, these techniques suffer important limitations. They are all based on a priori knowledge of geometry and acoustic properties of the components and assume that the sound velocity is known and constant in each medium. Time reversal acoustics (TRA) provides a new focusing technique that does not require a prior knowledge about the properties and structures of the media and the transducer.
The purpose of this study is to develop a new time reversal (TR)-based ultrasonic inspection techniques for the highly sensitive detection and localization of linear and nonlinear flaw signals. We report some results on the application of time reversal (TR) techniques for enhanced focusing, defect detection and imaging in ultrasonic NDE. Compared to the conventional phased array technique for beam focusing, the TR method does not require a prior knowledge about the properties and structures of the media and the transducer. Therefore, it can provide more accurate focusing capability in generally anisotropic and inhomogeneous media. The TR concept can also be applied for beam focusing on defects in components with nonplanar surface geometry. Another application of TR concept is the baseline-free damage detection and localization through the Lamb wave time reversal approach. Combination of nonlinear elastic wave spectroscopy and time reversal is another important technique for detecting nonlinear defects such as cracks, delaminations or disbonds. We conducted research in the following areas and present major results obtained through simulations and experiments.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 보고서 요약서 ... 4
• 요 약 문 ... 6
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 11
• 목 차 ... 13
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 15
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 18
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 22
• 3.1 배열형 탐촉자의 시간역전 빔 집속 거동 ... 23
• 3.1.1 다중 가우시안 빔 모델을 이용한 시간역전 초음파 빔의 집속 거동에 관한 연구 ... 23
• 3.1.2 시간역전 개념을 이용한 배열 탐촉자의 결함에의 시간지연 빔 집속 ... 36
• 3.1.3 이중 매질 내부 결함에 대한 배열 탐촉자의 시간역전 빔 집속 ... 48
• 3.2 시간역전 빔 집속을 이용한 선형 결함의 고감도 검출 및 가시화 ... 57
• 3.2.1 램파의 시간역전 기술을 이용한 판에서의 결함의 탐지 및 국소화 ... 57
• 3.2.2 복잡한 경계면을 갖는 물체에서 점상 결함의 시간역전 집속과 가시화 ... 78
• 3.3 시간역전 빔 집속을 이용한 비선형 결함의 고감도 검출 ... 92
• 3.3.1 CT 시편을 이용한 피로균열 계면에서의 저조파 및 고조파의 측정 ... 92
• 3.3.2 비선형 탄성파 스펙트럼 기법과 시간역전 기술의 적용에 의한 피로 균열의 탐지 ... 107
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 117
• 4.1 목표달성도 ... 117
• 4.2 관련분야에의 기여도 ... 119
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 120
• 5.1 수정.보완요구사항 반영 내용 ... 121
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 123
• 제7장 연구시설.장비 현황 ... 125
• 제8장 참고문헌 ... 126
• 붙임 1 수정․보완요구사항 반영내역 ... 143