유도파의 분산특성에 미치는 곡률의 영향

Abstract

유도파의 분산특성에 미치는 곡률의 영향을 파악하기 위한 연구를 수행하였다. 다음과 같은 구조(판, 관), 곡률(10:1, 5:1, 2:1, 1:1,1 0.5:1), 재료(강철, 알루미늄, 주철, 구리)에서 전파되는 유도파의 위상속도와 군속도를 조사하였다. 첫째, 구조와 곡률, 재료에 따른 위상속도와 군속도 분산곡선의 변화를 관찰하였다. 둘째, 특정 무차원화 된 주파수에서 구조와 곡률, 재료에 따른 유도파 기본모드의 위상속도와 군속도의 변화를 조사하였다. 셋째, 특정 무차원화 된 주파수에서 구조와 곡률, 재료에 따른 유도파 기본모드의 시뮬레이션을 통하여 분산의 변화를 조사하였다. 위와 같은 연구를 통하여 얻은 결과를 다음과 같이 요약하였다. 1) 분산곡선의 변화 (1) 곡률이 증가할수록 기준과의 차이는 커진다. (2) 위상속도 분산곡선보다 군속도 분산곡선이 기준과의 차이가 명확히 나타난다. (3) 모드의 차수가 증가할수록 기준과의 차이가 작다. 다시 말해, 높은 차수의 유도파 모드일수록 곡률의 영향이 작다. (4) 재료의 종류에 따른 차이는 두드러지지 않는다. ※ SH Circumferential Waves의 경우 곡률이 증가할수록 최고 군속도를 가지는 영역이 낮은 주파수 대역으로 이동한다. 2) 위상속도와 군속도의 변화 (1) 곡률이 증가할수록 위상속도와 군속도는 증가 또는 감소한다. (2) 속도의 증감은 선택된 무차원화 된 주파수와 모드에 따라 다르다. (3) Fig. 4.1, 4.2, 4.3, 4.4의(b)와 Fig. 4.14, 4.16, 4.18, 4.20의(a)에서 발견되는 예외적인 변화는 선택된 무차원화 된 주파수의 영향으로 예측된다. (4) 곡률은 대상 재료에 동일한 영향을 미친다. 3) 분산의 변화 (1) 곡률이 증가할수록 분산은 증가 또는 감소한다. (2) 분산의 증감은 선택된 무차원화 된 주파수와 모드에 따라 다르다. Fig. 5.2, 5.4, 5.6, 5.8에서 발생하는 결과는 선택된 무차원화 된 주파수의 영향으로 판단된다. 그리고 Fig. 5.26, 5.28, 5.30, 5.32, 5.34, 5.36, 5.38, 5.40에서 발생하는 결과는 선택된 무차원화 된 주파수에서 Cylindrical Guided Waves에서 Rayleigh Surface Waves로의 모드 변환이 발생하여 유도파의 특성에 변화가 발생한 것이 원인이라고 판단된다. (3) Fig. 5.27, 5.31, 5.35, 5.39의 (f)에서 나타나는 결과는 반경(0.5)이 두께(1)보다 작을 때, Cylindrical Guided Waves가 가지는 특성이라고 판단되어 진다. (4) 빠른 체적횡파속도를 가지는 재료의 신호도착시간이 빠르다. 위와 같은 결과들을 통해 다음과 같은 결론을 내렸다. 1. 곡률이 증가할수록 위상속도와 군속도는 증가 또는 감소하며 선택된 주파수와 모드에 따라 증가 또는 감소가 결정된다. 2. 일반적으로 군속도가 빠르면 분산은 감소한다. 하지만 특정 곡률과 주파수, 모드의 선택으로 상대적으로 느린 군속도에서도 분산은 감소한다. 3. 곡률은 대상 재료에 동일한 영향을 미친다.

The curvature effect on guided wave propagation is significant for nondestructive testing and the evaluation of curved plates and hollow cylinders. To study the curvature effect, guided wave characteristics, such as phase and group velocities of curved plates and hollow cylinders with radius-to-thickness ratios of 10:1, 5:1, 2:1, 1:1, and 0.5:1, were investigated. Four materials commonly used to for the curved plates and hollow cylinders - steel, aluminium, cast iron, and copper - are considered for target materials. In addition, the dispersion patterns of fundamental guided wave modes were examined through a guided wave simulation at 0.1 and 0.5 m from the excitation point. The results showed that the effect of curvature on the fundamental mode phase and group velocities varied with respect to the frequency and mode considered. Generally, if group velocity is fast, the dispersion is decreased. But the dispersion is decreased even though slower group velocity in specific curvature and frequency, mode. And, the effect of curvature on materials are same. Because fundamental wave modes are the most widely used modes in guided wave-based nondestructive evaluation, these results are can be useful for the inspection of curved plates and pressure vessels.