Early Detection of Micro-Defects(Degradation) by Using Nonlinear Acoustic Effect

비선형 음향 효과를 이용한 미세 결함(열화)의 조기 검출

The method of measuring the nonlinear effect of ultrasonic waves is suggested as a new approach for the effective evaluation of material degradation. In sonic wave propagation, the existence of nonlinear effect can be demonstrated by the generation of higher order harmonic waves. So, at first, the mechanism of generating higher order harmonic components due to nonlinear effect was explained by using nonlinear elasticity. Next, we attempted to measure how much of the higher order harmonic component was generated in the degraded material. For this purpose, a measurement system mainly based on a high-powered nonlinear ultrasonic signal analysis system was constructed, and SS41 and SS45 specimen intentionally degraded by tensile load and fatigue load were tested. From the results, we confirmed that the measurement of nonlinear acoustic effect may be useful for the evaluation of material degradation.

초음파의 비선형 음향 효과를 계측하는 방법이 재료 열화의 효과적인 평가를 위한 새로운 접근법으로 제시되었다. 비선형 음향 효과란 음파가 전파함에 따라서 2차나 그 이상의 고조파 성분이 발생하는 것으로 설명될 수 있다. 따라서, 먼저 비선형 효과에 의해 고조파 성분이 발생하는 메커니즘을 비선형 탄성론에 기초를 두고 설명하였다. 다음으로, 열화된 재료에서 어느 정도의 고조파 성분이 발생하는지를 계측하기 위하여, 헤테로다인 신호 검출법을 이용하는 초음파 신호 분석 장치를 기초로 계측계를 구성하였으며, 인장하중과 피로하중을 가하여 인공적으로 열화시킨 SS41과 SS45 시편에 대해 실험하였다. 실험 결과 열화의 정도와 비선형 효과가 강한 상관성을 보였으며 이로부터 비선형 음향 효과가 재료 열화 평가를 위한 유용한 수단이 될 수 있음을 확인하였다.