레일리 파를 이용한 축 표면 미세결함 측정 기법 연구 (Study on a Method for Detecting of Surface Micro-Cracks in a Shaft by Using the Rayleigh Wave)

서지정보

· 발행기관 : 한국물리학회
· 수록지 정보 : 새물리 / 67권 / 10호 / 1250 ~ 1256페이지
· 저자명 : 염윤택, 김학준, 송성진, 권성덕

초록

풍력발전기는 다른 대체 에너지에 비해 높은 기술력과 경쟁력을 갖고 있으며, 그 수요는 증가하는 추세이다. 하지만 풍력에너지를 이동시키는 축에서는 과도한 부하로 인한 축의 비틀림에 의해 축 표면에 표면 미세결함이 발생되며 이는 풍력 발전기의 구조 파손으로 이어지게 된다. 따라서 축 표면에 발생하는 표면 미세결함의 평가는 매우 중요하다. 본 연구에서는 레일리(Rayleigh) 파를 이용하여 축 표면의 미세결함을 평가 할 수 있는 측정 기법을 개발하였다. 먼저 유한요소해석을 수행하여, 표면파 발생을 위한 초음파 쐐기(wedge)와 회전축 표면지역에서의 레일리 표면파의 거동과 초음파 쐐기의 최적 설계조건을 도출하였다. 인위적인 표면 결함을 가진 축 시편에 대해 레일리 파가 결함에서 반사되는 신호를 공기 및 물의 두 가지 실험환경에서 측정하였으며, 결함이 위치한 각도, 결함 신호의 진폭 그리고 결함 크기와의 상관관계를 분석하였다.

영어초록

Wind power systems have higher technology and are more competitive than other alternative sources of electric energy, and the demand for such systems is continuously increasing. On the other hand, in shafts for moving the direction of wind energy, the axis is twisted due to the excessive load, and micro-cracks, which may lead to structural damage in wind turbines, often occur on the surfaces of those shafts. Therefore, evaluating the micro-cracks on the surface of a shaft is essential. In this study, a defect measurement technique for evaluating the micro-cracks on a shaft's surface by using Rayleigh waves was developed. For this purpose, the Rayleigh surface waves in the ultrasonic wedge and the surface area of ​​the rotating shaft were investigated by using finite-element simulations, and the optimal design parameters of the ultrasonic wedge were determined. For axial specimens with artificial defects on the surface, the Rayleigh wave signals reflected by the defects was measured in both air and water environments, and the correlation among the angle of the defect, the amplitude of the defect signal, and the defect size was analyzed.

참고자료

· 없음