구조물 건전성 모니터링을 위한 Lamb파 모드의 구별법

초록

구조물에 균열이나 결함과 같은 손상이 발생하여 성장하게 되면 결국에 구조물이 파괴되는 심각한 사고가 발생할 수 있다. 따라서 이러한 현상을 사전에 방지하기 위하여 구조물의 건전성 모니터링(SHM, structural health monitoring) 기술은 필수적이며, 이를 위한 다양한 연구가 최근 집중적으로 이루어지고 있다.1 최근 연구되고 있는 SHM기술2에는 유도초음파(guided wave)인 Lamb파가 사용된다. Lamb파란 평판과 같이 두 표면이 병렬로 연결되어 있는 구조물에서 발생하는 초음파이다. Lamb파의 특징으로는 하나의 입력신호에 대해서 주파수에 따라 대칭 모드(mode)와 비대칭 모드로 분리되어 전파된다는 것과 Lamb파의 중심주파수에 따라 각 모드의 전달속도가 달라진다는 것이다. Lamb파의 이러한 특징은 파의 구분을 어렵게 만들기 때문에 현재 SHM 연구에 문제점으로 남아있다.3 본 연구에서는 기존의 SHM 기법의 문제점을 해결하기 위해 Lamb파의 모드 구별법을 제안하였다. 제안한 방법은 SHM 기법에서 사용하는 Lamb 파의 S0 모드와 A0 모드를 구별하는 방법이다. Lamb 파의 각 모드의 속도와 크기를 이용한 구별법을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 Lamb파의 모드 구별법의 검증을 위해 알루미늄 평판에서 piezoelectric transducers(PZTs)를 사용해 실험을 수행하였다.