지원사업
학술연구/단체지원/교육 등 연구자 활동을 지속하도록 DBpia가 지원하고 있어요.
커뮤니티
연구자들이 자신의 연구와 전문성을 널리 알리고, 새로운 협력의 기회를 만들 수 있는 네트워킹 공간이에요.
논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 정현조
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 원광대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수4
이 논문의 연구 히스토리 (2)
- 이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
- 연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
- 이 논문의 연구 히스토리 확인하기
초록· 키워드
오류제보하기
비선형 초음파의 응용에서 응력자유 경계면을 포함하는 펄스 에코(PE)법의 개발이 큰 관심의 대상으로 등장하고 있다. 이러한 경계면은 제 2 고조파의 생성(SHG) 과정을 파괴적으로 변화시키는 것으로 알려져 있기 때문에 미세손상을 받은 고체의 비선형 파라미터(β)는 주로 투과(TT)법에 의해 측정되고 있다. SHG으로부터 β를 측정하여 재료 비선형성의 평가 또는 손상의 정량적 지표로 활용하고자 하는 것이 현재의 연구 추세이다. 그러나, 대부분의 연구에서 회절 및 감쇠 효과를 고려하지 않고 상대 비선형 파라미터(β'')를 측정하고 있다. 또 TT 모드에서는 측정 시편의 양쪽을 이용해야 하므로 현장 적용성과 실용성이 낮다.
본 학위논문의 목적은 시편의 한 면만을 사용하는 PE 모드에서 재료의 절대 비선형 파라미터를 측정하기 위한 이론적, 실험적 기술을 개발하는 것이다.
먼저, PE 모드에서 단일 요소 탐촉자를 사용하여 고체에 비해 제 2 고조파 발생이 비교적 쉬운 물의 절대 비선형 파라미터를 측정하였다. 이를 위하여 필요한 이론과 실험 기술을 개발하고 적용하였다. 충분한 전파 거리가 사용되는 경우 단일 요소 탐촉자를 이용하여 펄스 에코 방법으로 물의 β를 정확하게 측정할 수 있었다.
PE 모드에서 고체 시편의 β를 측정하기 위해 이중 요소 탐촉자를 설계, 제작하고 실험을 수행하였다. 수신된 빔 필드의 계산, β 공식과 이에 필요한 보정을 이론해석으로부터 구하였다. PE 모드 비선형 실험을 위해 외부 링 요소와 내부 디스크 리시버로 구성된 이중 요소 탐촉자를 제작하고, 그 음향학적 성능을 검증하였다. 다양한 두께로 구성된 세 종류의 알루미늄 합금 시편에 대하여 β를 측정하였으며, 그 결과는 TT 측정 결과와 잘 일치하였다.
두께가 1cm인 얇은 알루미늄 합금 시편의 β 측정을 위해, 음장 분석에 기초하여 이중 요소 탐촉자의 최적화를 수행하였다. 최적화는 링 형태의 요소의 크기를 대상으로 하였고, 제2고조파의 진폭과 총보정 계수 관점에서 수행되었다. 최적화된 탐촉자를 이용하여 석출(시효) 열처리된 시편의 β를 측정하고, 그 결과를 시효 열처리 시간과 함께 미세 구조 변화의 관점에서 분석하였다. 측정된 β 값과 기계적 성질 사이의 상관관계를 구하였으며, 최대 기계적 성질이 얻어지는 시효 열처리 시간과 최대 β 값이 발생하는 시간이 일치하는 것으로 나타났다.
마지막으로, PE 모드에서 효율적인 제 2 고조파 생성을 위한 집속 빔의 적용에 대한 이론적 및 실험적 결과를 제시하였다. 구형 집속 빔을 이용하여 2차고조파의 진폭을 개선할 수 있음을 확인하였으며, 이론 해석을 통하여 프레넬 존 플레이트 또는 위상 배열 탐촉자에 의한 집속 빔을 평면 고체 시편에 사용하는 경우 유사한 개선이 가능함을 보였다. 집속 빔 탐촉자를 제작하기 위한 최적화 설계 결과와 다양한 제작 방법을 제시하였다.
본 논문은 학계 최초로 PE 모드에서 물의 비선형 파라미터를 단일 요소 탐촉자로 측정할 수 있음을 밝혔으며, 최적화된 이중 요소 탐촉자를 이용하여 두께 1cm의 얇은 고체 시편에서 SHG의 개선과 β 측정이 가능함을 입증하였다. 집속 빔 탐촉자를 이용하여 SHG 및 β 측정을 더욱 더 개선할 수 있음을 이론적으로 규명하였으며, 향후 비선형 초음파 응용 분야에서 매우 유용하게 활용될 것으로 기대된다.
본 논문에서 개발한 PE 모드 비선형 초음파 측정기술은 기존의 TT 모드 측정법의 한계를 극복하고 가까운 장래에 SHG 및 β 측정을 위한 실용적인 진단기술로 주목받을 것으로 예상된다.
본 학위논문의 목적은 시편의 한 면만을 사용하는 PE 모드에서 재료의 절대 비선형 파라미터를 측정하기 위한 이론적, 실험적 기술을 개발하는 것이다.
먼저, PE 모드에서 단일 요소 탐촉자를 사용하여 고체에 비해 제 2 고조파 발생이 비교적 쉬운 물의 절대 비선형 파라미터를 측정하였다. 이를 위하여 필요한 이론과 실험 기술을 개발하고 적용하였다. 충분한 전파 거리가 사용되는 경우 단일 요소 탐촉자를 이용하여 펄스 에코 방법으로 물의 β를 정확하게 측정할 수 있었다.
PE 모드에서 고체 시편의 β를 측정하기 위해 이중 요소 탐촉자를 설계, 제작하고 실험을 수행하였다. 수신된 빔 필드의 계산, β 공식과 이에 필요한 보정을 이론해석으로부터 구하였다. PE 모드 비선형 실험을 위해 외부 링 요소와 내부 디스크 리시버로 구성된 이중 요소 탐촉자를 제작하고, 그 음향학적 성능을 검증하였다. 다양한 두께로 구성된 세 종류의 알루미늄 합금 시편에 대하여 β를 측정하였으며, 그 결과는 TT 측정 결과와 잘 일치하였다.
두께가 1cm인 얇은 알루미늄 합금 시편의 β 측정을 위해, 음장 분석에 기초하여 이중 요소 탐촉자의 최적화를 수행하였다. 최적화는 링 형태의 요소의 크기를 대상으로 하였고, 제2고조파의 진폭과 총보정 계수 관점에서 수행되었다. 최적화된 탐촉자를 이용하여 석출(시효) 열처리된 시편의 β를 측정하고, 그 결과를 시효 열처리 시간과 함께 미세 구조 변화의 관점에서 분석하였다. 측정된 β 값과 기계적 성질 사이의 상관관계를 구하였으며, 최대 기계적 성질이 얻어지는 시효 열처리 시간과 최대 β 값이 발생하는 시간이 일치하는 것으로 나타났다.
마지막으로, PE 모드에서 효율적인 제 2 고조파 생성을 위한 집속 빔의 적용에 대한 이론적 및 실험적 결과를 제시하였다. 구형 집속 빔을 이용하여 2차고조파의 진폭을 개선할 수 있음을 확인하였으며, 이론 해석을 통하여 프레넬 존 플레이트 또는 위상 배열 탐촉자에 의한 집속 빔을 평면 고체 시편에 사용하는 경우 유사한 개선이 가능함을 보였다. 집속 빔 탐촉자를 제작하기 위한 최적화 설계 결과와 다양한 제작 방법을 제시하였다.
본 논문은 학계 최초로 PE 모드에서 물의 비선형 파라미터를 단일 요소 탐촉자로 측정할 수 있음을 밝혔으며, 최적화된 이중 요소 탐촉자를 이용하여 두께 1cm의 얇은 고체 시편에서 SHG의 개선과 β 측정이 가능함을 입증하였다. 집속 빔 탐촉자를 이용하여 SHG 및 β 측정을 더욱 더 개선할 수 있음을 이론적으로 규명하였으며, 향후 비선형 초음파 응용 분야에서 매우 유용하게 활용될 것으로 기대된다.
본 논문에서 개발한 PE 모드 비선형 초음파 측정기술은 기존의 TT 모드 측정법의 한계를 극복하고 가까운 장래에 SHG 및 β 측정을 위한 실용적인 진단기술로 주목받을 것으로 예상된다.
목차
Contents○ List of Figures○ List of Tables○ 국문 요약○ ABSTRACT1. Introduction1.1. Thesis Background 11.2. Thesis Objective 31.3. Thesis Structure and Contents 52. Theory of Nonlinear Ultrasonics2.1. Through-Transmission Mode Theory2.1.1. Definition of nonlinearity parameter β based on the plane wave solutions 82.1.2. Definition of β with diffraction and attenuation corrections based on the sound beam solutions 112.2. Pulse-Echo Mode Theory2.2.1. Nonlinear sound beam field analysis and definition of with total correction 192.2.2. Simulation results and comparison with TT mode 233. Measurement of β of Water in the Pulse-Echo Mode Using a Single Element Transducer3.1. Receiver Calibration 313.2. Harmonic Generation Measurements 403.3. Experimental Results and Discussion 434. Measurement of β of Solid Specimens in the Pulse-Echo Mode Using Dual Element Transducers4.1. Nonlinear Sound Beam Field Analysis 524.2. Transducer Fabrication and Performance Demonstration4.2.1. Dual element transducer fabrication and pressurization fixture 604.2.2. Dual element transducer performance 654.2.3. Beam field simulation 684.3. Experimental Setup and Receiver Calibration 714.4. Experimental Results and Discussion 784.5. Transducer Optimization and β Measurement Results4.5.1. Dual element transducer optimization 854.5.2. β measurement on precipitation hardened specimens 935. Improvement of β Measurements in the Pulse-Echo Mode Using Array Transducers and Signal Processing5.1. Second Harmonic Generation Using a Focused Beam 1025.2. Nonlinear Focused Beam field Analysis on Solid Specimens 1055.2.1. Focused beam field analysis results - FZP 1115.2.2. Focused beam field analysis results ? Phased array 1245.2.3. Improvement of focusing effect using advanced signal processing technique 1355.3. Array Transducer Design and Fabrication 1386. Conclusions and Future Research 145References 150
최근 본 자료
댓글(0)
0