Theoretical and numerical studies of laser ultrasonic waves

Abstract

비파괴 검사법 (Non-destructive testing : NDT) 은 기존의 구조물을 손상시키지 않고 구조물의 건전성을 판단 할 수 있기 때문에 다양한 분야에서 연구가 진행 중이다. 기존의 비파괴 검사법들은 손상검출에 대한 민감도가 높지만 고온, 고압, 혹은 방사능 노출의 위험 등이 있는 곳에서는 검사에 제약을 받아 비접촉식 비파괴 검사법 (Non-contacting NDT) 에 관한 연구의 필요성이 제기 되었다. 그리하여 레이저를 이용한 비접촉식 비파괴 검사법은 최근 다양한 분야에서 활발히 연구되고 있다. 그러나 레이저 초음파를 이용한 비파괴 검사법은 대부분이 레이저 초음파를 이용한 신호 분석이나 손상감지 기법에 대해 초점을 맞추고 있다. 이러한 연구배경을 바탕으로, 본 연구는 레이저가 왜 초음파를 발생시키는지에 대한 본질적인 궁금증에서부터 출발하였다. 레이저로 인해 발생되는 초음파는 순간적인 온도증가로 인한 온도침식과 광자의 충격력으로 인해 발생된 수직방향의 힘, 그리고 열팽창으로 인하여 발생된 외측반경방향의 힘 때문에 발생한다고 가정하였다. 이를 증명하기 위해 각 힘을 분리하여 해석적인 방법의 해와 유한요소방법의 해를 비교하였다. 뿐만 아니라, 어느 방향의 힘이 더 지배적인가를 분석 하였다. 요약하자면, 본 논문의 목적은 두 가지이다. 1) 레이저 초음파의 발생원리를 이해하는 것과 2) 두 가지 발생 요소 (수직방향 힘과 외측반경방향 힘)에 대한 상관관계를 이해하는 것이다.