혼합초음파를 활용한 레일 피로 손상의 상태 진단 연구 (A Study on the Fatigue-related Rail Damage Monitoring Using Wave Mixing Technique)

서지정보

· 발행기관 : 한국비파괴검사학회
· 수록지 정보 : 비파괴검사학회지 / 38권 / 6호 / 375 ~ 380페이지
· 저자명 : 이재선, 주파, 조윤호, 석창성

초록

비선형 초음파 검사는 재료의 손상을 조기 단계에서 평가하는 방법으로 최근 많은 관심을 받고 있다. 철도시스템에서 레일의 안전 문제와 직결되는 재료의 피로 상태를 조기에 진단할 수 있는 방법으로 초음파 혼합기법을 적용하여 피로 상태를 진단하는 연구를 수행하였다. 국내에서 대부분의 철도 현장에서 사용 중인 KR60레일을 활용하여 피로 손상 시험편을 제작하였다. 시험편의 기계적 성질과 피로 수명 해석을 위하여 동일 시험편을 파손이 발생할 때까지 피로 하중을 기준으로 시험편의 피로 수명을 12 Ton, 2.5 Hz로 하중을 부가하였을 때, 50,000회로 선정을 하고, 60 %, 80% 피로 손상 시험편을 제작하였다. 혼합주파수 생성을 위해 최적의 주파수 조합을 적용하였으며, 2.5 MHz로 가진된 횡파와 10 MHz로 가진된 종파가 시험편 내부에서 혼합되어 7.5 MHz의 차 주파수 성분을 가지는 혼합초음파가 생성하였다. 피로 손상된 시험편의 피로 구간과 피로 정도를 측정하는데 초음파 혼합기법의 활용이 가능하다는 것을 확인하였다. 피로 손상이 누적되어 파손에 가까워질수록 초음파 혼합 비선형이 급격하게 증가하는 것을 확인할 수 있다.

영어초록

Nonlinear ultrasound has recently attracted much attention as a method of evaluating material damage at an early stage. In order to diagnose the fatigue condition of the rail, which causes safety problems in the railway system, ultrasonic mixing was applied. Fatigue damage test specimens were fabricated using KR60 rail, which is used on most railway sites in Korea. For the mechanical properties and fatigue life analysis of the test specimens, 50,000 test cycles were conducted, when the fatigue life of the test specimens had load of 12 ton and loading frequency of 2.5Hz, until breakage occurred. Test specimens with 60 and 80 % fatigue damage were prepared. For the mixing frequency generation, the optimal frequency combination was applied. Mixed ultrasonic waves with a frequency difference of 7.5MHz were generated by mixing the excited transverse waves at 2.5MHz and longitudinal waves at 10 MHz. It is noticeable that ultrasonic mixing technique can be used to measure the fatigue range and fatigue level of fatigue-damaged specimens. It can be seen that the fatigue damage accumulates, and the ultrasonic mixing nonlinearity increases sharply as the damage is approached.

참고자료

· 없음