Time-Frequency Analysis of Dispersive Waves in Structural Members Under Impact Loads

시간-주차수 신호처리를 이용한 구조용 부재에서의 충격하중에 의한 분석 파동의 해석

A time-frequency analysis method was developed to analyze the dispersive waves caused by impact loads in structural members such as beams and plates. Stress waves generated by ball drop and pencil lead break were recorded by ultrasonic transducers and acoustic emission (AE) sensors. Wavelet transform (WT) using Gabor function was employed to analyze the dispersive waves in the time-frequency domain, and then to find the arrival time of the waves as a function of frequency. The measured group velocities in the beam and the plate were compared with the predictions based on the Timoshenko beam theory and Rayleigh-Lamb frequency equations, respectively. The agreements were found to be very good.

구조용 부재에서 충격하중에 의해 발생하는 탄성파의 분산특성을 해석하기 위하여 시간-주파수 신호처리를 이용하였다. 강재 보와 알루미늄 판에서 충격하중을 모사하기 위하여 강구 낙하와 연필심 파단을 사용하였으며, 이로 인해 발생한 탄성파를 초음파 탐측자와 음향방출(AE) 센서를 사용하여 수신하였다. 실험에서 수신한 시간 영역의 신호해석을 위하여 분산성 파의 시간-주파수 해석이 가능한 웨이브렛 변환(WT)을 적용하였다. WT 변환의 크기의 최대값은 군속도의 도달시간을 나타냄을 보였다. 실험에서 측정한 보의 굽힘파의 군속도를 전단변형과 회전관성을 고려한 Timoshenko 보 이론과 비교하였으며, 판의 신장파와 굽힘파의 군속도를 Rayleigh-Lamb 분산관계식의 최저차 대칭($S_0$) 및 비대칭 모드($A_0$)의 속도값과 비교하였는데 모두 잘 일치하였다.