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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

승홍민 (서울대학교, 서울대학교 대학원)

지도교수
김윤영
발행연도
2016
저작권
서울대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수3

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

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본 논문은 평판구조물에서 설치되어 모든 방향으로 전단 탄성파를 고르게 발생 및 측정할 수 있는 초음파 트랜스듀서의 최초 개발과 그 응용을 다루었다. 기존의 전방향 유도초음파 트랜스듀서 개발에 관한 연구들은 모두 램파를 사용하는 것에 국한되었기에 본 연구에서 개발된 전방향 전단파 트랜스듀서들을 이용하면 램파의 단점들을 극복할 수 있을 뿐 아니라 보다 효과적인 평판구조물 검사가 가능할 것으로 기대된다. 따라서, 자기변형 원리와 전자기 음향 현상을 이용한 두 가지 종류의 전방향 전단파 트랜스듀서들을 각각 새롭게 개발하고 그 특성을 파악하는 연구를 수행하였다.

먼저 전방향 전단파 자기변형 패치 트랜스듀서를 개발하였고 해석과 실험을 통하여 개발된 트랜스듀서의 성능과 특성을 검증하였다. 더 나아가 트랜스듀서가 강자성체 평판에 설치되었을 때 발생하는 자속 누설이 트랜스듀서 성능 저하에 끼치는 연구를 수행하였다. 자속누설로 인한 문제를 해결하기 위해 트랜스듀서를 최적으로 구성하는 방법도 제시하였다. 이를 통해 더욱 실질적인 평판구조물의 검사에 적용할 수 있는 가능성을 확인하였다.

더불어, 평판구조물에 직접적으로 부착하지 않고 전방향으로 전단파를 발생 및 측정할 수 있는 전자기 음향 트랜스듀서를 개발하였다. 개발된 트랜스듀서는 비접촉식으로 구조물에 쉽게 설치되기 때문에 보다 정확하고 효율적이며 다양한 평판 검사에 적용이 가능하다. 트랜스듀서의 유효성을 확인하고자 수치적 해석과 실험을 수행하였다. 이를 통해 성공적으로 트랜스듀서의 성능을 그 유용성을 입증하였다.

목차

CHAPTER 1 INTRODUCTION 1
1.1 Research Motivation 1
1.2 Research Objectives 3
1.3 Thesis Outline 7
CHAPTER 2 ULTRASONIC TRANSDUCERS FOR PLATES 11
2.1 Overview 11
2.2 Ultrasonic Guided Waves in Plate Structures 12
2.2.1 Guided wave based NDE and SHM of plates 13
2.2.2 Lamb and shear-horizontal (SH) waves 14
2.2.3 Advantages of using SH waves over Lamb waves 21
2.3 Magnetostrictive Patch Transducer (MPT) 23
2.3.1 Magnetostriction 23
2.3.2 MPTs for SH wave transduction 26
2.4 Electromagnetic Acoustic Transducer (EMAT) 27
2.4.1 Lorentz force mechanism for EMATs 28
2.4.2 EMATs for SH wave transduction 29
CHAPTER 3 OMNIDIRECTIONAL SHEAR-HORIZONTAL WAVE MAGNETOSTRICTIVE PATCH TRANSDUCER (OSH-MPT) 43
3.1 Overview 43
3.2 Development of OSH-MPT 45
3.2.1 Configuration and working mechanism 46
3.2.2 Coil winding strategy 50
3.3 OSH-MPT for a Nonferromagnetic Plate 51
3.3.1 SH wave transduction and transducer sensitivity 52
3.3.2 Omnidirectivity of the SH wave by OSH-MPT 56
3.3.3 Frequency characteristic 60
3.3.4 Optimal static magnetic field strength in patches 62
3.4 OSH-MPT for a Ferromagnetic Plate 64
3.4.1 Issue on OSH-MPT for a ferromagnetic plate 66
3.4.2 Investigation of magnetic flux leakage problem 68
3.4.3 Design of OSH-MPT for a ferromagnetic plate 74
3.4.4 Experimental verification and discussion 80
3.5 Concluding Remarks 83
CHAPTER 4 OMNIDIRECTIONAL SHEAR-HORIZONTAL WAVE ELECTROMAGNETIC ACOUSTIC TRANSDUCER (OSH-EMAT) 118
4.1 Overview 118
4.2 Fundamentals of OSH-EMAT 121
4.2.1 Configuration and coil winding 122
4.2.2 Working principle 123
4.3 Design of OSH-EMAT 125
4.3.1 Design issue on the magnet size and wavelength 126
4.3.2 Transducer design by simulations 128
4.3.3 The effect of magnet width ratio 131
4.4 Experiments 133
4.4.1 SH wave transduction using OSH-EMAT 133
4.4.2 Frequency characteristic 135
4.4.3 Radiation pattern of the SH wave by OSH-EMAT 136
4.5 Concluding Remarks 138
CHAPTER 5 CONCLUSIONS 162
APPENDIX A. EFFECT OF STATIC MANGETIC FIELD STRENGTH ON THE PERFORMANCE OF LAMB AND SH WAVE MANGETOSTRICTIVE PATCH TRANSDUCERS 166
A.1 Overview 166
A.2 Experimental investigation 168
A.3 Piezomagnetic theory 172
A.4 Analysis 177
A.5 Discussion 179
REFERENCES 189
ABSTRACT (KOREAN) 207

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