• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권3호
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• pp.215-222
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• 2017

프리스트레스트 보의 인장력 변화에 따른 콘크리트 응력 수준을 평가하기 위하여, 초음파를 이용하는 기존의 방법보다 개선된 비선형 초음파 공진 기법의 도입을 제안하였다. 이는 동일하게 초음파를 사용하는 선형의 기법보다 월등히 높은 민감도를 보이므로 초기 상태의 응력 평가에도 유리하다. 비선형 초음파 공진 기법은 초음파 통과시 매질 상태에 따른 공진 주파수의 변화의 정도로부터 계산되는 비선형 인자의 값을 측정하며, 측정 결과는 콘크리트의 응력 상태와도 밀접한 연관을 갖는다. 본 연구에서는 유압 펌프를 통한 인장력 작용에 따른 비선형 인자의 측정을 수행함으로써 두 인자 사이에 밀접한 연관성이 있음을 확인하고, 반복적인 하중 이력의 작용이 비선형 인자의 변화에 미치는 영향을 분석하였다. 추가적으로, 선형 초음파 전파 속도 측정 결과를 비교하여 제안한 방법의 민감도를 검증하였다. 측정 결과를 통해 프리스트레스트 보의 콘크리트 응력 수준 평가를 위한 비선형 초음파 공진 기법의 적용 가능성을 확인하였다.

• 한국가스학회지
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• 제19권5호
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• pp.41-46
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• 2015

알루미늄 6061-T6는 $Mg_2Si$와 ${\beta}-Al_5FeSi$로 구성되며, 피로 손상도가 증가하면 ${\beta}-Al_5FeSi$주변에서 기공이 발생하고 성장하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 우선 알루미늄 6061-T6 시편에 대한 SEM 촬영을 통해 이러한 현상을 확인하였다. 이후, 피로 손상도에 따라 이 시편의 전위댐핑 (dislocation damping), 정합변형률 (coherency strain), 및 기공 (void)이 감쇠계수와 비선형인자에 미치는 영향을 실험적으로 관찰하였다. 그 결과 비선형인자는 피로 손상도가 증가에 따라 증가하다가 피로수명 75% 이후에서는 감소하는 것을 확인하였다. 이는 전위댐핑과 정합변형률이 증가할수록 비선형인자는 증가하지만, 기공이 증가하면 초음파의 산란이 커져 비선형인자가 감소하는 것으로 해석할 수 있다. 따라서, 피로에 따라 조직변화가 복잡하게 나타나는 재료의 열화 평가에 있어서는 비선형인자를 주의하여 활용하여야 한다는 결론을 얻었다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제51권3호
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• pp.867-876
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• 2019

Second harmonic generation using nonlinear ultrasonic waves have been shown to be an early indicator of possible fatigue damage in nuclear power plant components. This technique relies on measuring amplitudes, making it highly susceptible to variations in transducer coupling and instrumentation. This paper proposes an experimental procedure for in-situ surface wave nonlinear ultrasound measurements on specimen with permanently mounted transducers under high cycle fatigue loading without interrupting the experiment. It allows continuous monitoring and minimizes variation due to transducer coupling. Moreover, relations describing the effects of the measurement system nonlinearity including the effects of the material transfer function on the measured nonlinearity parameter are derived. An in-situ high cycle fatigue test was conducted using two 304 stainless steel specimens with two different excitation frequencies. A comprehensive analysis of the nonlinear sources, which result in variations in the measured nonlinearity parameters, was performed and the effects of the system nonlinearities are explained and identified. In both specimens, monotonic trend was observed in nonlinear parameter when the value of fundamental amplitude was not changing.

• 비파괴검사학회지
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• 제33권1호
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• pp.14-19
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• 2013

금속 재료의 비선형 파라미터는 고유한 물성치로서 기본주파수의 음압의 크기($A_1$)과 2차고조파의 음압의 크기($A_2$)을 측정하면 산정할 수 있다. 하지만, 실험적으로 $A_1$과 $A_2$를 측정하는 것은 매우 복잡한 변환 과정이 필요하기 때문에 현재 많은 연구자들이 비선형 파라미터의 절대값을 측정하지 않고, 전압 변화를 관찰하는 비선형 파라미터의 상대값을 측정하고 있다. 하지만, 비선형 파라미터 상대값으로는 재료의 물성치를 대변할 수가 없기 때문에, 열화도에 따른 시편 측정에만 사용할 수 있는 제약이 있다. 따라서 본 연구에서는 정전용량 측정기법(capacitive detector)보다는 비용이 적게 소모되고 현장 적용이 가능한 압전형 수신기법(piezoelectric detection)을 이용하여 비선형 파라미터의 절대값을 측정하기 위한 시스템을 구축하였다. $A_1^2vsA_2$ 그래프로 시스템의 선형성을 검증하고 시험편인 fused silica와 Al2024-T4에 대한 비선형 파라미터를 측정하였다.

• Smart Structures and Systems
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• 제17권1호
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• pp.45-58
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• 2016

Freezing and thawing cycles induce deterioration and strength degradation of concrete structures. This study presumes that a large quantity of contact-type defects develop due to the freezing and thawing cycles of concrete and evaluates the degree of defects based on a nonlinearity parameter. The nonlinearity parameter was obtained by an impact-modulation technique, one of the nonlinear ultrasonic methods. It is then used as an indicator of the degree of contact-type defects. Five types of damaged samples were fabricated according to different freezing and thawing cycles, and the occurrence of opening or cracks on a micro-scale was visually verified via scanning electron microscopy. Dynamic modulus and wave velocity were also measured for a sensitivity comparison with the obtained nonlinearity parameter. The possibility of evaluating strength degradation was also investigated based on a simple correlation of the experimental results.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제52권3호
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• pp.621-625
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• 2020

Cast austenitic stainless steel (CASS) is used for fabricating different components of the primary reactor coolant system of pressurized water reactors. However, the thermal embrittlement of CASS resulting from long-term operation causes structural safety problems. Ultrasonic testing for flaw detection has been used to assess the thermal embrittlement of CASS; however, the high scattering and attenuation of the ultrasonic wave propagating through CASS make it difficult to accurately quantify the flaw size. In this paper, we present a different approach for evaluating the thermal embrittlement of CASS by assessing changes in the material properties of CASS using a nonlinear ultrasonic technique, which is a potential nondestructive method. For the evaluation, we prepared CF8M specimens that were thermally aged under four different heating conditions. Nonlinear ultrasonic measurements were performed using a contact piezoelectric method to obtain the relative ultrasonic nonlinearity parameter, and a mini-sized tensile test was performed to investigate the correlation of the parameter with material properties. Experimental results showed that the ultrasonic nonlinearity parameter had a correlation with tensile properties such as the tensile strength and elongation. Consequently, we could confirm the applicability of the nonlinear ultrasonic technique to the evaluation of the thermal embrittlement of CASS.

• 비파괴검사학회지
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• 제28권4호
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• pp.358-363
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• 2008

재료의 미세열화를 측정하는 비파괴검사법으로 초음파의 비선형파라미터 측정기법이 최근 주목받고 있다. 하지만 그 크기가 매우 작기 때문에 여러 측정 인자들로부터 영향을 받아 일관성 있는 측정이 어렵다. 따라서 본 연구에서는 접촉식 탐촉자를 이용한 초음파 비선형파라미터의 측정에서 측정시스템에 의존하는 인자들의 영향을 연구하였다. 그 결과 탐촉자 접촉압력과 인가전압이 충분히 클수록 시스템 비선형성의 영향을 줄일 수 있음을 알 수 있었다. 이 연구의 결과는 정확한 비선형파라미터의 측정을 위한 실험조건을 설정하는 방법으로서 유용하게 사용될 것이 기대된다.

• 비파괴검사학회지
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• 제32권4호
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• pp.362-368
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• 2012

본 연구에서는 닫힘균열의 조기발견을 위해서 경사입사 초음파를 이용하여 계면 접촉 음향 비선형성에 의해 발생한 고조파를 영상화하고자 한다. 알루미늄 시편 두 개를 접촉하여 고체-고체 접촉계면을 만들어 닫힘균열을 모사하였고, 접촉계면 압력에 따른 초음파의 음향 비선형을 영상화하였다. 영상화 기법으로는 sampling phased array(SPA)와 synthetic aperture focusing technique(SAFT) 기법을 사용하였다. 접촉계면 압력이 증가하면서 기본 주파수의 성분은 감소하였고 2차 고조파 성분은 증가하다가 닫힘균열로 모사된 부분에서 가장 큰 값을 나타내고 이후에는 감소하였다. 결과적으로 접촉계면에서 음향 비선형성에 의해 발생한 고조파를 영상화 하는 것이 가능하며 이는 초기균열의 조기발견에 적용 가능할 것으로 기대 된다.

• 비파괴검사학회지
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• 제33권1호
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• pp.1-6
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• 2013

Ultrasonic guided wave techniques have been widely used for long range nondestructive detection in tube-like structures. The present paper investigates the ultrasonic linear and nonlinear parameters for evaluating the thermal damage in aluminum pipe. Specimens were subjected to thermal loading. Flexible polyvinylidene fluoride (PVDF) comb transducers were used to generate and receive the ultrasonic waves. The second harmonic wave generation technique was used to check the material nonlinearity change after different heat loadings. The conventional linear ultrasonic approach based on attenuation was also used to evaluate the thermal damages in specimens. The results show that the proposed experimental setup is viable to assess the thermal damage in an aluminum pipe. The ultrasonic nonlinear parameter is a promising candidate for the prediction of micro-damages in a tube-like structure.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제89권3호
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• pp.301-308
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• 2024

Concrete carbonation is a continuous and slow process from the outside to the inside, in which its penetration slows down with the increased depth of carbonation. In this paper, the results of the evaluation of the measurement of concrete carbonation depth using a non-destructive ultrasonic testing method are presented. According to the results, the relative nonlinear parameter caused more sensitivity in carbonation changes compared to Rayleigh's fuzzy velocity. Thus, the acoustic nonlinear parameter is expected to be applied as a quantitative index to recognize carbonation effects. In this research, combo diagrams were developed based on the results of ultrasonic testing and the experiment to determine carbonation depth using a phenolphthalein solution, which could be considered as instructions in the projects involving non-destructive ultrasonic test methods. The minimum and maximum accuracy of this method were 89% and 97%, respectively, which is a reasonable range for operational projects. From the analysis performed, some useful expressions are found by applying the regression analysis for the nonlinearity index and the carbonation penetration depth values as a guideline.