아음속 수송체 프레임의 유도초음파 기반 건전성 평가

초록

본 연구는 아음속으로 주행하는 항공기 및 초고속 차량의 지속 가능한 모니터링과 결함 검출을 위한 초음파 비파괴 검사 기법을 개발하였다. 구조 진단 모니터링(Structural health monitoring, SHM) 및 장거리 검사(long-range inspection)에 강점을 지닌 유도초음파를 이용하여, 수송체의 바닥 프레임과 메인 새시를 구성하는 알루미늄 Al 2024 계열 시험편을 대상으로, 검사체 내 잔존하는 감육, 부식 등의 다양한 결함이 동시에 잔존하는 통합적 진단 기법을 개발했다. 기존 유도초음파 연구에 서 수행된 단일 모드 가진 기반의 비파괴 검사 방법이 아닌 이중 모드(A1, S1 mode)를 통해 각 결함 종류별 모드 민감도를 확인하고, 이를 통해 다양한 종류의 결함을 동시적으로 판별하였다. 결함 별 민감도를 분석하기 위하여, 유도초음파 파형 구조 및 진폭 변화 분석을 수행하였다. 결함의 영역 및 깊이에 따라 유의미한 변화를 확인하였고, 결함 발생 이전의 상태 및 부식 영역의 검사를 위한 비선형 유도초음파 기법을 적용하였다. 부식 용매의 오염 영역 및 노출시간에 따라 비선형성의 변화가 나타남을 확인했다. 추가적으로, 점진적으로 성장하는 표면 깊이 방향의 결함에 대해, 고유 진동수 변화를 규명하고, 이를 유도초음파 검사 결과와의 교차검증을 수행했다. 수행결과 기존 판재의 두께 대비 감육 정도에 따라 각 기법 별 민감도가 다름을 확인하였고, 이를 기반으로 더 감육에 대한 정밀 변화에 대한 예측이 가능할 것으로 판단된다.