[비파괴검사] LDR이란? (Local Defect Resonance) 수식 및 이론

 

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LDR이란? (Local Defect Resonance)

Local Defect Resonance (LDR)는 재료 내 결함이 있을 때 해당 결함이 주변보다 낮은 강성을 갖게 되면서 발생하는 현상입니다. 이 결함이 특정 질량의 재료에 영향을 주어, 결함 영역의 진동 주파수와 외부에서 가해지는 초음파의 주파수가 일치할 때 매우 효율적인 에너지 전달이 일어납니다. 이로 인해 결함 부위의 진동 진폭이 크게 증가하여, 결함의 존재를 더 쉽게 탐지할 수 있게 됩니다. 결함의 크기와 그에 해당하는 공진 주파수 사이에는 명확한 관계가 있습니다.

 

원형 결함에 대한 수식

 

여기서 f0은 결함의 공진 주파수, H는 재료의 잔여 두께, r은 결함의 반지름, E는 영의 탄성 계수, υ는 포아송 비, 그리고 ρ 는 재료의 밀도입니다.

 

 

사각형 결함에 대한 수식

 

 

여기서 s는 결함의 한 변의 길이입니다

 

 

 

 

 

LDR 기술 장점

 

출처: 논문( Fourier-transform vibrothermography with frequency sweep excitation utilizing local defect resonances)

 

LDR 개념은 처음에 결함의 존재가 특정 물질 영역의 강성을 지역적으로 감소시키기 때문에 발생한다는 점에 기반을 둡니다. 이동 초음파 소스의 주파수와 지역 결함 영역의 공진 주파수가 일치할 때, 결함 영역으로 매우 효율적인 에너지 펌핑이 발생합니다. 이로 인해 결함 진동 진폭이 잔여 소리 시편(Residual Sound Specimen, 가진을 받지않는 영역) 영역에 비해 크게 증폭됩니다. LDR은 매우 높은 Q-factor(품질 인자)의 결함 공진을 특징으로 합니다. 이러한 이유로, 공진 주파수에서의 작은 편차조차도 진폭의 중요한 감소를 초래할 수 있습니다.

 

LDR을 사용한 진동열화상법(Vibrothermography)의 주요 장점은 다음과 같습니다.

 

• 빠르고 간단한 사용: 진동열화상법은 균열 등 다양한 재료의 결함을 찾는 데 주로 사용되는 잘 확립된 NDT 기술입니다. 이 기술은 특히 고분자 기반 재료의 경우 진동 중에 발생하는 점성-탄성 효과가 상당한 열을 생성하기 때문에 유리합니다.
• 명확한 측정 결과: 진동열화상법은 신속한 사용과 명확한 측정 결과의 이점을 제공합니다. 최근의 연구는 LDR 원리를 통합하면 고출력 초음파 장비가 필요하지 않다는 것을 보여주었습니다. 몇 와트의 전기적 입력만으로도 결함을 충분히 활성화시켜 측정 가능한 열을 생성할 수 있습니다.

 

출처: 논문( Fourier-transform vibrothermography with frequency sweep excitation utilizing local defect resonances)

 

 

 

 

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