열교환기용 304L SUS 강관의 열에 기인한 열처리 영향이 강관의 조직과 기계적 성질에 미치는 영향을 평가하고자하였다. 이를 위하여 인위적으로 열처리시킨 304L SUS 강관의 표면과 표면하 마이크로 비커스 경도시험과 와전류 비파괴검사시험을 하였다. 또한 열처리영향에 따른 강관내 조직변화를 금속현미경으로 관찰하여, 열교환기용 304L SUS 강관의 열영향 평가를 비파괴적 기법으로 조사하고자 하였다.
자기공명영상 (MRI)기법은 최근에 그의 이용 분야가 식품공학 및 농학 분야까지 확대되고 있다. 이 연구에서는 MRI의 기본 원리를 알아보고 어떤 요인들이 자기공명영상의 명암을 결정하는지 알아 보았다. MRI를 이용하여 비파괴적인 방법으로 농축산물의 내부 구조 영상을 얻고 이로부터 토마토의 내부 공동, 감자의 공동병, 사과와 파파야의 멍, 버찌씨의 유무, 망고와 감자의 벌레에 의한 손상, 망고와 마늘의 내부 결함, 키위의 성숙도에 따른 변화, 그리고 소고기의 내부 구조 둥을 판별할 수 있음을 알아 보았으며 농축산물의 품질을 결정짓는 이러한 내부 요인들이 어떻게 자기공명영상을 형성하는지 알아 보았다. 대상 시료에 따라 적당한 자기공명영상 인자(TR과 TE)를 선택하여야 한다. 또한 특정 인자를 강조하기 위해서는 최적의 자기공명영상 인자를 선택하여야 한다.
가역투자율을 이용하여 차세대 에너지 설비 재료로 사용되는 첨단 페라이트강의 잔여수명을 비파괴적으로 평가하고자 하였다. 가역투자율 측정법은 가역투자율 값이 자기 히스테리시스 루프의 미분과 동일하다는 이론을 기반으로 하게 된다. 측정 원리는 한 가진진동수로 가변된 락-인 증폭기를 사용하여 탐지코일에 유도된 조화성분들의 진폭 값을 기본으로 한다. 가역투자율의 피크 간격, 비이커스 경도 그리고 인장강도는 시효된 샘플들에서 시효시간이 증가함에 따라서 감소하였다. 가역투자율의 피크 간격과 라손-밀러 파라미터의 관계를 통해 첨단 페라이트강의 잔여수명을 비파괴적으로 예측하는 것이 가능해진다.
운전중인 원자로 재료의 건전성 평가를 위한 기계적 시험의 하나인 샤르피 충격 시험편에 대하여 초음파 신호분석이 이루어졌나 시험편으로는 모재와 용접재를 사용하였는데 이들 재료는 고온, 고압의 냉각수 및 지속적인 고속중성자가 방출되고 있는 가동중인 발전소에서 감시시험을 통한 원자로재료의 건전성평가를 목적으로 정지기간동안 인출된 깃이다. 분석결과 속도 및 감쇠와 같은 초음파 특성들이 재질이 비교적 균일한 모재에 있어서는 중성자 조사량과 밀접한 관련이 있는 것으로 보였으며 이를 활용하여 비파괴적인 방법으로 재료에 대한 중성자 조사량이 어느 정도인지를 예측할 수 있는 가능성을 보여주었다.
정밀한 구조물의 상태진단 혹은 안전성 평가는 비파괴 시험의 정밀성(Accuracy), 변이성(Variability) 등과 같은 여러 가지 요소에 의하여 좌우된다. 특히 비파괴 시험을 이용한 측정값과 구조물의 상태에 있어서의 불확실성(Uncertainty)은 정밀한 상태진단에 큰 영향을 미친다. 비파괴 시험을 활용함에 있어서의(간접조사) 신뢰할만한 비파괴 장비라면 현 구조물의 상태(피해면적)를 정확하게 나타낼 수 있어야 한다. 본 논문은 현재 사용이 증가되고 있는 비파괴 장비의 올바른 선택과 정확한 구조물의 안전 진단을 위하여, 비파괴장비의 성능 평가에 있어 확률적 기초를 제공한다.
초음파 C-scan 기법에 의해 스폿(spot)용접의 품질 평가를 위한 비파괴진단 평가에 관한 기초적인 실험적 검토를 하였다. 먼저, 스폿용접부 초음파탐상에 앞서 뉴우톤링의 모델링 실험을 통해 미소 간극을 갖는 접합계면에서의 초음파 반사 거동의 해석 결과를 근거로 스폿용접부의 너겟 형상과 크기, void 결함등의 정량적 평가와 corona bond의 정확한 식별에 최적한 초음파시험방법 및 조건의 설정을 시도하였다. 초음파시험 후 용접시험편을 절단하고, 그 절단면을 초음파현미경(SAM)과 광학현미경의 단면 관찰을 통해 스폿용접 품질 평가를 위한 초음파 비파괴평가법의 유용 가능성 유무, 적용 한계 등을 검토하였다. 그 결과 본 실험에 사용한 집속 초음파탐촉자(25MHz)에 의한 너겟 내부에 존재하는 void 크기의 검출한계는 $10{\mu}m$였으며 너겟 크기는 초음파시험의 경우가 최대 1mm정도 크게 측정되어 corona bond의 정확한 식별과 너겟 직경의 정량적 평가에 접근하기 위해서는 초음파 C-scan 데이터의 각종 화상 처리 기술의 적용에 의한 corona bond부의 명확한 식별 방법에 대한 연구 검토가 요망됨을 알 수 있었다.
입자 보강 복합재료의 부피분율을 평가하기 위한 초음파 비파괴 방법을 제시하였다. 제안된 방법은 복합재의 미시구조를 설명할 수 있는 이론 모델과 초음파의 속도 측정을 필요로 한다. 측정한 속도를 이론예측값과 같게 두면 미지의 입자 부피분율이 계산된다. Mori-Tanaka 방법에 기초한 탄성계수 해석 모델이 소개되어 있다. 이러한 접근 방법을 SiC 입자 보강 Al 기지 ($SiC_p/Al$) 복합재에 적용하였다. 이 방법으로 보강재의 부피분율을 비교적 정확하게 결정할 수 있었다. 또한 금속간 화합물이 부피분율 평가에 미치는 영향을 논하였다. 이 방법은 입자 보강 금속기지 복합재의 생산현장에서 복합재의 품질 평가를 위하여 적용될 수 있다.
전 세계적으로 항공기의 노후화에 따른 안전성 확보와 수명연장을 위한 대책 연구가 활발하다. 미국의 경우 군용기 (주로 수송기)의 평균수명은 40년을 넘어서고 있으며 이들은 아직도 $20{\sim}30년$ 더 사용될 예정이다. 민간항공기의 경우에도 군용기만큼은 아니지만 노후화하고 있기는 마찬가지이다. 수명연장을 위해 여러가지 비파괴검사 기술이 활용되고 있으며, 새로운 비파괴 시험 평가 검사 방법들이 속속 개발되고 있다. 항공기의 안전을 위협하는 기체구조 손상의 2대 주범으로는 부식과 피로를 꼽을 수 있으며, 이를 탐지하고 평가하기 위한 경제적인 검사방법에 대한 연구가 미국을 중심으로 활발하게 진행되고 있는데, 이에 대한 최근 현황을 살펴본다.
본 연구에서는 초음파원자현미경을 이용하여 비파괴적인 표면탄성이미지 분석과 나노표면에서의 기계적 물성 평가를 연구하였다. 이를 위해 접촉역학 특성에 따른 캔틸레버의 공진주파수 변화를 이론적으로 해석하고 실험적으로 측정하였다. 스프링-질량 모델과 Herzian 이론을 이용하여 계산한 이론적인 접촉공천주파수는 초음파원자현미경 캔틸레버의 실험적인 접촉 공진주파수의 변화와 매우 유사하였다. 결과적으로, 초음파원자현미경의 표면 높이 이미지와 진폭이미지를 성공적으로 얻을 수 있었고 진폭신호를 통하여 시료표면에서의 탄성특성을 정성적으로 평가하였다.
전자패키지 내부의 부식이 시스템 성능 및 신뢰성에 큰 영향을 미치고 있어, 시스템 건전성 관리를 위해 부식에 대한 비파괴적 진단 기법의 필요성이 커지고 있다. 본 연구에서는 복소 임피던스의 크기와 위상을 통합적으로 시각화하는 도구인 스미스 차트를 활용하여, 구리 인터커넥트의 부식을 비파괴적으로 평가하는 방법을 제시하고자 한다. 실험을 위해 구리 전송선을 모사한 시편을 제작하고, MIL-STD-810G 기준 온습도 사이클에 노출시켜 시편에 부식을 인가하였다. R 채널 기반 색변화로 시편의 부식도를 정량적으로 평가하고 레이블링 하였다. 부식의 성장에 따라 시편의 S-파라미터와 스미스 차트를 측정한 결과, 5 단계의 부식도에 따라 유의미한 패턴의 변화가 관찰되어, 스미스 차트가 부식도 평가에 효과적인 도구임을 확인하였다. 더 나아가 데이터 증강을 통해 다양한 부식도를 갖는 4,444개의 스미스 차트를 확보하여, 스미스 차트를 입력 받아 구리 인터커넥트의 부식 단계를 출력하는 인공지능 모델을 학습시켰다. 이미지 분류에 특화된 CNN 및 Transfomrer 모델을 적용한 결과, ConvNeXt 모델이 정확도 89.4%로 가장 높은 부식 진단 성능을 보였다. 스미스 차트를 이용하여 전자패키지 내부 부식을 진단할 경우, 전자신호를 이용하는 비파괴적 평가를 수행할 수 있다. 또한. 신호 크기와 위상 정보를 통합적으로 시각화 하여 직관적이며 노이즈에 강건한 진단이 가능할 것으로 기대한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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