복합적층판의 두께변화가 램파의 전파에 미치는 영향

Abstract

항공우주구조물은 높은 신뢰도와 안전성을 요구하기 때문에 구조물 내부에 발생할 수 있는 조그만 손상도 감지하여 대처할 수 있는 시스템을 필요로 하고 있다. 이러한 목적으로 항공기의 순기비용(life cycle)에서 상당 부분의 비용을 투입하여 항공기의 신뢰도와 안전성을 높이려는 노력을 하고 있으나 금속재료에 비하여 손상형태가 다양한 복합재료의 사용이 증가하면서 보다 효율적인 구조물의 내부손상 검출방법이 요구되고 있다. 구조물의 손상을 효율적으로 감지하고 평가하기 위해서 구조 건전성 진단 시스템 개념이 도입 되었고 손상 감지 및 평가를 위한 수단으로 기존의 방법보다 경제적인 램파를 도입하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 램파에 대한 기존연구는 주로 일정한 두께의 평판에 대하여 수행되었고, 두께변화가 있는 구조물에 대한 연구결과는 미미한 실정이다. 따라서 램파를 구조건전성 진단 시스템에 사용하려면 보다 일반적인 형태의 구조물에 대한 연구가 수반되어야 할 것이다. 이러한 배경으로 본 연구는 두께변화가 있는 복합적층판 표면에 PZT를 부착하여 램파를 생성하고 검출한 신호를 갖고 구조물의 두께변화가 램파의 전파에 미치는 영향을 분석하여 두께변화가 있는 실제 구조물에 적용하였을 때, 검출된 신호의 정확한 분석이 이루어질 수 있는 연구자료의 구축을 위하여 수행되었다. 두께변화 구역을 기준으로 분리되어 있는 두 일정한 두께영역에서 전파 가능한 램파의 전파모드는 분산곡선으로부터 예측할 수 있다. 그러나 두께변화구역을 가로질러 전파하는 램파는 두께변화구역에서 모드변환과정을 거쳐 한 영역의 전파모드가 다른 영역의 전파모드로 변환이 발생한다. 이 변환과정을 거쳐 측정된 신호는 적절한 가정하에 이론으로 구한 결과와 상이하게 나타난다. 측정된 신호의 전파속도, 주파수, 신호형상의 분석을 통하여 상이한 결과의 원인은 과도기(transient duration)의 존재 가능성을 보여 주었다. 즉, 다른 모드로 변환되는 과정에서 두께변화가 있는 구역을 통과하며 바로 다른 모드로 변환되는 것이 아니라 두께변화구역을 빠져 나와 어느 정도 지나서야 비로서 그 영역의 전파모드로 변환된다는 것이다. 이 과도기는 두 영역 중에서 전파속도가 빠른 영역의 영향을 크게 받고, 이에 대한 영향을 반영하여야 정확한 전파속도의 예상이 가능하다는 결과를 얻었다. 최종적으로 두께변화구역을 가로질러 전파하는 램파의 전파속도 모델을 제시하였다.