PZT센서를 이용한 강판연결부 비파괴평가를 위한 유한요소해석

초록

PZT 엑츄에이터에 의해 발생된 23.4kHz의 비대칭 Lamb파의 전달을 통하여 볼트연결부를 가진 얇은 강판부재의 손상에 대한 실험적 연구가 Park et al.[1]에 의해 수행되었다. 본 연구에서는 다중물리 변수해석이 가능한 상용프로그램인 ABAQUS를 이용하였으며 압전요소로는 3차원 벽돌요소로 선형C3D8E 요소를 이용하였다. 이 압전요소는 그 두께방향으로 전극화가 형성되어 평면방향으로 작용하므로 기본적으로 직교성을 가지고 강성, 절연성, 부하-변형변환행렬로 구성되었다. 이러한 압전요소의 상하 두 표면의 신장과 압축에 의해 압전효과가 발생하며 300V의 전압이 단일직사각형 충격하중으로 압전요소에 작용되고 발생된 전기적 부하로 인해 형성된 Lamb파가 강판의 길이방향으로 굽힘모멘트 파형을 가지고 반대편 압전요소로 전달된다. 유한요소모델은 3차원 고체요소를 사용하였으며 각각의 볼트연결을 상세묘사 하였다. 또한 이들 압전요소와 강판을 절점구속의 형식으로 접착시키고 재료감쇠현상을 묘사하였다. 볼트연결부의 탈락 시나리오에 따른 손상정도를 TOF(Time Of Flight)와 웨이블릿 계수의 변화로 계산하고 실험결과와 비교하고자 하였다.