KR101814462B1 - Device and method for measuring yield strength using ultrasonic - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초음파를 이용한 항복강도 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파를 이용한 비파괴적 방법을 통해 재료의 강도 특성 및 열화 정도를 검사할 수 있는 기술이다.
The present invention relates to an apparatus and method for measuring a yield strength using ultrasound, and more particularly, to a technique for checking the strength characteristics and the degree of deterioration of a material through a non-destructive method using ultrasonic waves.
고체재료에서의 탄성파 전파속도는 전파하는 매질의 물성, 즉 탄성계수, 밀도, 및 푸아송 비로 결정된다. 따라서 탄성파의 전파속도를 측정함으로써 전파 매질의 탄성계수를 구할 수 있다.The elastic wave propagation velocity in a solid material is determined by the physical properties of the propagating medium, that is, elastic modulus, density, and Poisson's ratio. Therefore, the elastic modulus of the propagating medium can be obtained by measuring the propagation velocity of the elastic wave.
하지만, 여기서 구해지는 탄성계수는 선형 탄성계수에 해당하며, 전파 매질의 열화, 미세 조직 변질 등을 평가할 수는 없다.However, the elastic modulus obtained here corresponds to the linear elastic modulus, and it is impossible to evaluate deterioration of radio propagation medium, microstructure alteration, and the like.
초음파를 이용한 재료의 물성을 평가하는 방법에는 선형탄성계수 측정법과 비선형 파라미터 측정법이 있다.Methods for evaluating the physical properties of materials using ultrasonic waves include linear elastic modulus measurement and nonlinear parameter measurement.
선형탄성계수 측정법은 초음파의 전파 속도를 측정하여 이용하는 기법으로, 전파 속도가 재료의 선형 탄성과 대응관계를 가지는 성질을 이용하여 재료의 물성을 평가하는 기법이다.Linear elastic modulus measurement is a technique for measuring the propagation speed of ultrasonic waves and is a technique for evaluating the physical properties of materials by using the property that the propagation speed has a corresponding relation with the linear elasticity of the material.
이때, 고체 매질을 전파하는 탄성파의 전파속도는 전파하는 매질의 물성에 의존한다.At this time, the propagation speed of the elastic wave propagating in the solid medium depends on the physical properties of the propagating medium.
위와 같은 선형 초음파를 이용한 선형탄성계수 측정법은 상용화 수준에 도달하였으나, 선형 탄성계수로는 재료의 미시적 특성이나 탄성의 미세한 변화, 열화 등을 평가하기 어려운 단점이 있다.The linear elastic modulus measurement method using the linear ultrasonic waves as described above has reached the commercialization level, but it has a disadvantage that it is difficult to evaluate the microscopic characteristics of the material, minute changes in elasticity, deterioration, etc. with the linear elastic modulus.
비선형 파라미터 측정법에 대해 설명하면 다음과 같다.The nonlinear parameter measurement method will be described as follows.
고체재료의 비선형 탄성 특성은 물리적으로 재료 내 원자간 분자거리에 대한 작용 응력이 비선형적 거동을 하는데 나타나는 특성으로, 실제 고체재료의 원자 간 에너지는 조화 특성을 갖지 못하고 비조화 특성을 나타낸다.The nonlinear elasticity of a solid material is a characteristic that the working stress on the molecular distance between atoms in a material physically appears to exhibit nonlinear behavior. In fact, the interatomic energy of a solid material does not have a harmonic characteristic and shows a non-harmonic characteristic.
일정한 주파수를 갖는 사인파형의 초음파가 충분한 진폭을 갖고 비조화 특성을 갖는 고체 매질 내를 전파할 경우 기본 입사 주파수를 갖는 초음파는 재료의 비선형 탄성 특성에 따라서 국부적인 위상속도의 차이로 인해 왜곡현상이 발생하게 되고, 따라서 기본 주파수의 정수 배에 해당하는 고차 조화 성분이 발생한다.When a sinusoidal wave having a constant frequency propagates in a solid medium having sufficient amplitude and non-harmonic characteristics, the ultrasonic wave having the fundamental incident frequency is distorted due to the difference in the local phase velocity depending on the nonlinear elastic property of the material So that a higher harmonic component corresponding to an integral multiple of the fundamental frequency is generated.
재료가 손상을 받기 전후에서 조화파 성분의 크기 또는 절대 비선형 파라미터의 크기 변화를 알아내면 재료의 손상을 평가할 수 있다. The damage to the material can be assessed by determining the magnitude of the harmonic component or the magnitude of the absolute nonlinear parameter before and after the material is damaged.
재료의 비선형 탄성계수와 초음파의 비선형 탄성 특성과의 상관관계에 관한 이론적 연구는 오래전부터 수행되고 있으며, 초음파의 비선형 파라미터를 이용하면 재료의 피로(fatigue), 크립(creep), 고온 열화(thermal degradation)와 같은 재료의 미세 열화 평가가 가능함은 많은 선행 연구를 통해 보고되고 있다.The theoretical studies on the correlation between the nonlinear elastic modulus of materials and the nonlinear elastic properties of ultrasonic waves have been conducted for a long time and the nonlinear parameters of ultrasonic waves can be used to evaluate fatigue, creep, thermal degradation ) Can be evaluated by many previous researches.
하지만, 이러한 절대 비선형 파라미터를 이용한 열화 평가는 재료의 열화를 정량적으로 평가할 수 없고, 재료의 손상 전후 비선형 파라미터를 측정하여 열화 손상 진행 정도를 모니터링하는데 그치고 있다.However, the deterioration evaluation using the absolute nonlinear parameter can not quantitatively evaluate the deterioration of the material, and the nonlinear parameters before and after the damage of the material are measured to monitor the progress of deterioration damage.
관련 기술에는 대한민국공개특허공보 제10-2012-0031674호(발명의 명칭: 비선형 평가 시스템 및 장치, 공개일자: 2014년 4월 4일)가 있다.
Related art is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2012-0031674 entitled " Nonlinear Evaluation System and Apparatus, Published on April 4, 2014.
본 발명은 초음파를 이용한 비파괴 방법으로 열화가 진행된 재료의 인장강도를 측정하거나 재료의 열화에 따른 강도 저하를 정량적으로 평가함으로써 기존의 인장시험을 대체할 수 있는 초음파를 이용한 항복강도 측정 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
The present invention relates to an apparatus and a method for measuring a yield strength using an ultrasonic wave that can replace a conventional tensile test by quantitatively evaluating a tensile strength of a material deteriorated by a non-destructive method using ultrasonic waves or a strength drop due to deterioration of a material The purpose is to provide.
본 발명은 초음파를 이용한 재료의 강도 특성 및 열화 정도, 미세 조직 변질 등을 정밀하게 진단할 수 있으며, NDT(비파괴 검사), 철강, 자동차 부품과 같은 금속재료, 유리, 세라믹과 같은 비금속 재료 등에 적용가능하고, 품질관리와 원전 등의 구조물 안전성 관리에 적용 가능하다.
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can precisely diagnose the strength characteristics, the degree of deterioration and the microstructure alteration of materials using ultrasonic waves, and is applicable to NDT (non-destructive inspection), metallic materials such as steel and automobile parts, and nonmetal materials such as glass and ceramics And is applicable to quality control and structural safety management of nuclear power plants.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problem (s), and another problem (s) not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 의한 초음파를 이용한 항복강도 추정 장치는 피검사체에 단일 주파수를 가진 초음파 신호를 입사시키는 초음파 송신부, 상기 피검사체를 투과하거나 상기 피검사체의 저면에서 반사되는 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신부, 상기 수신된 초음파 신호로부터 상기 피검사체의 선형 탄성계수 및 비선형 초음파 파라미터를 측정하는 신호 처리부, 상기 선형 탄성계수 및 상기 비선형 초음파 파라미터를 이용하여 인장곡선을 재현하는 인장곡선 재현부, 상기 피검사체와 열화가 진행된 피검사체의 비선형 초음파 파라미터를 이용하여 상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복변형률을 추정하는 항복변형률 추정부 및 상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복강도를 측정하는 항복강도 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for estimating a yield strength using ultrasonic waves, the apparatus comprising: an ultrasonic transmitter for receiving an ultrasonic signal having a single frequency to a subject; A signal processing unit for measuring a linear elastic modulus and a nonlinear ultrasonic parameter of the subject from the received ultrasonic signal, a reproducing unit for reproducing a tensile curve using the linear elastic modulus and the nonlinear ultrasonic parameter, A yield strain estimating unit for estimating an offset yield strain of the subject subjected to the deterioration using the nonlinear ultrasonic parameters of the subject and the subject subjected to deterioration and an offset yield strength of the deteriorated subject, The yield strength side to be measured It characterized in that it comprises a.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 초음파 송신부는 초음파의 종파 및 횡파 신호를 송신하고, 상기 초음파 수신부는 상기 피검사체를 투과하거나 상기 피검사체의 저면에서 반사되는 초음파의 종파 및 횡파 신호를 수신하고, 상기 신호 처리부는 상기 수신된 초음파의 종파 및 횡파 신호의 시간 간격을 통하여 전파속도를 산출하고, 상기 선형 탄성계수는 하기 수학식 1로부터 측정되는 것을 특징으로 한다.The ultrasonic wave transmitting unit according to an embodiment of the present invention transmits a longitudinal wave and a transverse wave signal of an ultrasonic wave and the ultrasonic wave receiving unit receives a longitudinal wave and transverse wave signals of ultrasound transmitted through the subject or reflected from the bottom of the subject And the signal processing unit calculates the propagation velocity through a time interval of the longitudinal wave and transverse wave signals of the received ultrasonic wave, and the linear elastic modulus is measured from the following equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
여기서, E는 선형 탄성계수, ρ는 전파 매질에 해당하는 피검사체의 밀도, CL은 초음파의 횡파 전파 속도, CS는 초음파의 종파 전파 속도이다.Here, E is the linear elastic modulus, ρ is the density of the subject corresponding to the propagation medium, C L is the transverse wave propagation velocity of the ultrasonic wave, and C s is the longitudinal wave propagation velocity of the ultrasonic wave.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 신호 처리부는 상기 수신된 초음파 신호를 기본주파수 성분과 고조파 성분으로 분리하여 하기 수학식 2를 통해 비선형 초음파 파라미터를 측정하는 것을 특징으로 한다.The signal processing unit according to an embodiment of the present invention separates the received ultrasound signal into a fundamental frequency component and a harmonic component and measures a nonlinear ultrasonic parameter through Equation (2).
[수학식 2]&Quot; (2) "
여기서, A1은 기본파 성분의 변위 진폭, A2는 고조파 성분의 변위 진폭, k는 파수, x는 전파거리이다.Where A 1 is the displacement amplitude of the fundamental wave component, A 2 is the displacement amplitude of the harmonic component, k is the wave number, and x is the propagation distance.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 인장곡선 재현부는 상기 선형 탄성계수 및 상기 비선형 초음파 파라미터를 이용하여 하기 수학식 3을 통해 인장곡선을 재현하는 것을 특징으로 한다.Also, the tensile curve reproducing unit according to an embodiment of the present invention reproduces the tensile curve through the following equation (3) using the linear elastic modulus and the nonlinear ultrasonic parameter.
[수학식 3]&Quot; (3) "
여기서, σ는 응력(stress), E는 선형 탄성계수, F는 2차 비선형 탄성계수, ε은 변형률(strain), β는 비선형 초음파 파라미터이다.Here, σ is the stress, E is the linear elastic modulus, F is the secondary nonlinear elastic modulus, ε is the strain, and β is the nonlinear ultrasonic parameter.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 항복강도 측정부는 상기 재현된 인장곡선의 탄성 구간에 오프셋 방법을 적용하여 상기 피검사체의 오프셋 항복강도를 측정하는 제1 항복강도 측정부 및 상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복강도를 측정하는 제2 항복강도 측정부를 포함하여, 상기 피검사체의 오프셋 항복강도와 상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복강도를 통해 열화에 따른 강도 저하를 정량적으로 평가하는 것을 특징으로 한다.In addition, the yield strength measuring unit according to an embodiment of the present invention may include a first yield strength measuring unit for measuring an offset yield strength of the object by applying an offset method to an elastic section of the reproduced tensile curve, And a second yield strength measuring unit for measuring an offset yield strength of the object so as to quantitatively evaluate an intensity of a decrease in strength due to deterioration through an offset yield strength of the object to be inspected and an offset yield strength of the object to which the deterioration has progressed .
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 제1 항복강도 측정부는 상기 재현된 인장곡선의 탄성 구간에 0.01% 오프셋 방법을 적용하여 상기 피검사체의 0.01% 오프셋 항복강도를 측정하는 것을 특징으로 한다.Also, the first yield strength measuring unit according to an embodiment of the present invention measures the 0.01% offset yield strength of the test subject by applying a 0.01% offset method to the elastic section of the reproduced tensile curve.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 항복변형률 추정부는 상기 피검사체와 상기 열화가 진행된 피검사체의 비선형 초음파 파라미터의 비를 이용한 하기 수학식 4를 통해 상기 열화가 진행된 피검사체의 0.01% 오프셋 항복변형률을 추정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the yield strain estimator according to an embodiment of the present invention estimates the yield strain by 0.01% offset yield of the subject undergoing deterioration through Equation (4) using the ratio of nonlinear ultrasonic parameters of the subject to the deteriorated subject And estimating the strain.
[수학식 4]&Quot; (4) "
여기서, εy는 열화가 진행된 피검사체의 0.01% 오프셋 항복변형률, β는 열화가 진행된 피검사체의 비선형 초음파 파라미터, εy,0은 초기 피검사체의 0.01% 오프셋 항복변형률, β0는 초기 피검사체의 비선형 초음파 파라미터이다.Here, ε y is 0.01% offset yield strain of the object advanced degradation, β is a non-linear ultrasonic parameters of a subject, deterioration progressed, ε y, 0 is 0.01% offset yield strain, β 0 is the initial test subject of the initial test subject Is a non-linear ultrasonic parameter.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 항복변형률 추정부는 하기 수학식 5를 통한 비선형 초음파 파라미터와 0.01% 오프셋 항복변형률의 관계로부터 상기 수학식 4를 도출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the yield strain estimator according to an embodiment of the present invention derives the equation (4) from the relationship between the nonlinear ultrasonic parameter and the 0.01% offset yield strain through the following equation (5).
[수학식 5]&Quot; (5) "
여기서, β는 비선형 초음파 파라미터, εy는 항복변형률이다.Where β is the nonlinear ultrasonic parameter and ε y is the yield strain.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 항복변형률 추정부는 하기 수학식 6을 통한 비선형 응력-변형률 식과 0.01% 오프셋의 관계로부터 상기 수학식 5를 도출하는 것을 특징으로 한다.Further, the yield strain estimating unit according to an embodiment of the present invention derives the equation (5) from the relationship between the nonlinear stress-strain equation and the 0.01% offset through the following equation (6).
[수학식 6]&Quot; (6) "
여기서, σy는 항복강도, E는 선형 탄성계수, β는 비선형 초음파 파라미터, εy는 항복변형률이다.Here, σ y is the yield strength, E is the linear elastic modulus, β is the nonlinear ultrasonic parameter, and ε y is the yield strain.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 제2 항복강도 측정부는 상기 피검사체의 선형 탄성계수, 비선형 초음파 파라미터, 및 상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복변형률을 이용한 하기 수학식 7을 통해 상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복강도를 측정하는 것을 특징으로 한다.Also, the second yield strength measuring unit according to an embodiment of the present invention may measure the deterioration rate of the deterioration of the object by using the linear elastic modulus, the nonlinear ultrasonic parameter, and the offset yield strain of the deteriorated object, The offset yield strength of the object to be inspected is measured.
[수학식 7]&Quot; (7) "
여기서, σy는 항복강도, E는 선형 탄성계수, β는 비선형 초음파 파라미터, εy는 항복변형률이다.Here, σ y is the yield strength, E is the linear elastic modulus, β is the nonlinear ultrasonic parameter, and ε y is the yield strain.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파를 이용한 항복강도 추정 방법은 피검사체에 단일 주파수를 가진 초음파 신호를 입사시키는 단계, 상기 피검사체를 투과하거나 상기 피검사체의 저면에서 반사되는 초음파 신호를 수신하는 단계, 상기 수신된 초음파 신호로부터 상기 피검사체의 선형 탄성계수 및 비선형 초음파 파라미터를 측정하는 단계, 상기 선형 탄성계수 및 상기 비선형 초음파 파라미터를 이용하여 인장곡선을 재현하는 단계, 상기 피검사체의 비선형 초음파 파라미터로부터 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복변형률을 추정하는 단계 및 상기 피검사체의 오프셋 항복강도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of estimating a yield strength using ultrasonic waves, comprising the steps of: inputting an ultrasound signal having a single frequency to an object to be examined; passing the object through the object; Measuring a linear elastic modulus and a nonlinear ultrasonic parameter of the subject from the received ultrasonic signal, reproducing the tensile curve using the linear elastic modulus and the nonlinear ultrasonic parameter, Estimating an offset yield strain of the subject subjected to deterioration from the nonlinear ultrasonic parameter of the subject, and measuring an offset yield strength of the subject.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파를 이용한 항복강도 추정 방법은 상기 재현된 인장곡선의 탄성 구간에 오프셋 방법을 적용하여 상기 피검사체의 오프셋 항복강도를 측정하고, 상기 피검사체의 오프셋 항복강도와 상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복강도를 통해 열화에 따른 강도 저하를 정량적으로 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The method of estimating the yield strength using ultrasound according to an embodiment of the present invention includes measuring an offset yield strength of the object by applying an offset method to an elastic section of the reproduced tensile curve, And quantitatively evaluating the strength reduction due to the deterioration through the offset yield strength of the deteriorated object.
본 발명은 기존의 파괴적인 검사법인 인장시험을 통해 얻을 수 있었던 재료의 항복강도를 완전한 비파괴적인 방법으로 얻을 수 있고, 재료의 열화정도를 정량적으로 측정할 수 있다.The present invention can obtain the yield strength of a material obtained through a tensile test, which is a conventional destructive inspection method, in a completely non-destructive manner, and quantitatively measure the degree of deterioration of the material.
따라서, 시간과 경비가 대폭 절감되는 효과를 얻을 수 있으며, 내구성 평가, 신뢰성 평가 등을 데이터베이스화하여 활용할 수 있다. Therefore, time and expense can be greatly reduced, and durability evaluation and reliability evaluation can be made into a database.
또한, 산업 전반에 사용되는 금속재료들의 열화에 따라 발생하는 석출물의 생성 및 성장 등과 같은 미세 조직의 변화에 따른 재료 강도와 품질의 저하를 초음파를 이용해 측정할 수 있다.In addition, deterioration of material strength and quality due to changes in microstructure such as generation and growth of precipitates caused by deterioration of metal materials used throughout the industry can be measured using ultrasonic waves.
그 결과, 산업구조재의 품질 관리 및 안전 관리를 위해 재료의 강도 변화 및 열화를 현장에서 정밀하게 진단함으로써 산업구조물 및 첨단부품소재 내의 잠재적 파손위험성을 사전에 진단할 수 있고 효과적인 구조물 및 소재의 건전성 유지 관리를 실현할 수 있다.
As a result, it is possible to accurately diagnose the change of strength and deterioration of materials in the field for the quality control and safety management of industrial structural materials, so that it is possible to diagnose potential risk of breakage in industrial structure and advanced part material in advance and to maintain effective structure and material integrity Management can be realized.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파를 이용한 항복강도 측정 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 2는 피검사체의 인장 시험 결과에 따른 인장곡선과 본 발명의 일 실시 예에 따라 재현된 인장곡선을 비교한 그래프이다.
도 3은 인장곡선의 탄성 부근에서의 특성을 나타내기 위한 그래프이다.
도 4는 비선형 초음파 파라미터와 0.01% 오프셋 항복변형률의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 인장곡선에 0.01% 오프셋 방법을 적용한 그래프이다.
도 6은 재료가 열화되는 경우 항복변형률을 통해 항복강도를 측정하는 방법을 나타내기 위한 인장곡선이다.
도 7은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 항복강도 측정 결과와 인장시험을 통한 항복강도 측정 결과를 비교한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파를 이용한 항복강도 측정 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.1 is a block diagram illustrating an apparatus for measuring a yield strength using ultrasonic waves according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph comparing a tensile curve according to a tensile test result of an object to be tested and a tensile curve reproduced according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 is a graph for showing characteristics in the vicinity of the elasticity of the tensile curve.
4 is a graph showing the relationship between the nonlinear ultrasonic parameter and the 0.01% offset yield strain.
5 is a graph showing a 0.01% offset method applied to the tensile curve.
6 is a tensile curve to show a method of measuring the yield strength through yield strain when the material deteriorates.
FIG. 7 is a graph comparing the yield strength measurement result using the ultrasonic wave according to the present invention and the yield strength measurement result by the tensile test.
8 is a flowchart illustrating a method of measuring a yield strength using ultrasonic waves according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and / or features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the embodiments disclosed herein but may be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파를 이용한 항복강도 측정 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an apparatus for measuring a yield strength using ultrasonic waves according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파를 이용한 항복강도 추정 장치(100)는 초음파 송신부(110), 초음파 수신부(120), 신호 처리부(130), 인장곡선 재현부(140), 항복강도 측정부, 항복변형률 추정부(160) 및 제어부(180) 등을 포함할 수 있다.1, an
상기 초음파 송신부(110)는 피검사체에 단일 주파수를 가진 초음파 신호를 입사시킬 수 있다.The
상기 초음파 수신부(120)는 상기 피검사체를 투과하거나 상기 피검사체의 저면에서 반사되는 초음파 신호를 수신할 수 있다. The
상기 초음파 송신부(110)와 상기 초음파 수신부(120)는 일반적으로 알려진 구성에 해당하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.The
또한, 상기 피검사체는 기준 피검사체에 해당하며, 후술하는 열화가 진행된 피검사체와 구분될 수 있다.Further, the object to be examined corresponds to a reference object and can be distinguished from an object to be inspected which will be described later.
상기 신호 처리부(130)는 상기 수신된 초음파 신호로부터 상기 피검사체의 선형 탄성계수 및 비선형 초음파 파라미터를 측정할 수 있다.The
상기 신호 처리부(130)가 상기 피검사체의 선형 탄성계수를 측정하기 위한 설명은 다음과 같다.The
먼저, 상기 초음파 송신부(110)가 종파 및 횡파 초음파 신호를 송신하고, 상기 초음파 수신부(120)가 상기 피검사체를 투과하거나 상기 피검사체의 저면에서 반사되는 종파 및 횡파 초음파 신호를 수신할 수 있다.First, the
이때, 상기 신호 처리부(130)는 상기 수신된 종파 및 횡파 초음파 신호의 시간 간격을 통하여 전파속도를 산출하고, 상기 산출된 종파의 전파 속도 및 횡파의 전파 속도를 하기 수학식 1에 대입함으로써 재료의 선형 탄성계수(E)를 측정할 수 있다.At this time, the
[수학식 1][Equation 1]
여기서, E는 선형 탄성계수이고, ρ는 전파 매질에 해당하는 피검사체의 밀도이고, CL은 초음파의 횡파 전파 속도이고, CS는 초음파의 종파 전파 속도이다.Here, E is linear and the Young's modulus, ρ is the density of the object corresponding to the propagation medium, C L is the transverse wave propagation speed of the ultrasonic wave, C S is the longitudinal wave propagation velocity of the ultrasonic waves.
상기 신호 처리부(130)가 상기 피검사체의 비선형 초음파 파라미터를 측정하기 위한 설명은 다음과 같다.An explanation for measuring the nonlinear ultrasonic parameter of the object by the
상기 신호 처리부(130)는 상기 피검사체를 투과하거나 상기 피검사체의 저면에서 반사되는 초음파 신호를 수신하고 상기 수신된 초음파 신호를 기본주파수 성분과 고조파 성분으로 분리하여 하기 수학식 2에 대입함으로써 재료의 비선형 초음파 파라미터를 측정할 수 있다.The
[수학식 2]&Quot; (2) "
여기서, A1은 기본파 성분의 변위 진폭, A2는 고조파 성분(2차)의 변위 진폭, k는 파수, x는 전파거리이다. Where A 1 is the displacement amplitude of the fundamental wave component, A 2 is the displacement amplitude of the harmonic component (secondary), k is the wave number, and x is the propagation distance.
이러한 비선형 초음파 파라미터는 절대 비선형 파라미터를 측정함으로써 구할 수 있고, 이를 위해 압전형 수신 기법을 활용할 수 있다.Such nonlinear ultrasonic parameters can be obtained by measuring absolute nonlinear parameters, and a piezoelectric receiving technique can be utilized for this purpose.
압전형 수신 기법은 피검사체의 양쪽에 기본 주파수와 2배 주파수를 가지는 탐촉자를 부착하여 실험을 수행하는 고조파 측정 실험과, 커플런트와 탐촉자에서 발생하는 비선형성을 보정하기 위해 2배 주파수 탐촉자만을 붙여서 실험을 수행하는 캘리브레이션 실험, 이렇게 두 단계의 실험으로 진행될 수 있다.The piezo-electric reception technique is based on a harmonic measurement experiment in which a probe having a fundamental frequency and a double frequency is attached to both sides of the object and a double frequency transducer is attached to compensate the nonlinearity occurring in the couplant and the probe. A calibration experiment to perform an experiment, and so on.
이러한 압전형 수신 기법은 피검사체를 투과한 변위진폭(기계에너지)이 전기신호(전기에너지)로 변환되는 과정을 모델링하여 전기신호를 측정함으로써 초음파의 변위진폭을 우회적인 방법으로 측정할 수 있도록 한다.In this piezoelectric receiving technique, the displacement amplitude (mechanical energy) transmitted through the object is converted into an electric signal (electric energy), and the electric signal is measured to measure the displacement amplitude of the ultrasonic wave in a roundabout manner .
상기 인장곡선 재현부(140)는 상기 선형 탄성계수 및 상기 비선형 초음파 파라미터를 하기 수학식 3에 대입함으로써 인장곡선을 재현할 수 있다.The tensile
[수학식 3]&Quot; (3) "
여기서, σ는 응력(stress), E는 선형 탄성계수, F는 2차 비선형 탄성계수, ε은 변형률(strain), β는 (2차) 비선형 초음파 파라미터이다.Here, σ is the stress, E is the linear elastic modulus, F is the secondary nonlinear elastic modulus, ε is the strain, and β is the (second order) nonlinear ultrasonic parameter.
참고로, 2차 비선형 탄성계수는 선형 탄성계수와 비선형 초음파 파라미터의 곱을 통해 구할 수 있다.For reference, the secondary nonlinear elastic modulus can be obtained by multiplying the linear elastic modulus by the nonlinear ultrasonic parameter.
인장곡선은 응력-변형률 곡선(stress-strain curve)에 해당하며, 상기 수학식 3을 이용하되 x축에 해당하는 ε의 값을 0부터 입력함으로써 y축에 해당하는 σ의 값을 측정하여 그래프로 나타낼 수 있다.The tensile curve corresponds to a stress-strain curve, and the value of σ corresponding to the y-axis is measured by inputting the value of ε corresponding to the x-axis from 0 by using Equation (3) .
상기 항복변형률 추정부(160)는 상기 피검사체와 열화가 진행된 피검사체의 비선형 초음파 파라미터를 이용하여 상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋(offset) 항복 변형률을 추정할 수 있다.The yield
초음파를 이용하여 인장곡선을 재현하고 0.01% 오프셋 방법을 통해 인장시험으로부터 얻을 수 있는 항복강도 값을 유사하게 측정할 수 있지만, 이는 하나의 시편에 대한 항복강도를 측정하기 위한 방법으로 유효하다.It is possible to reproduce the tensile curves using ultrasonic waves and to similarly measure the yield strength values obtained from the tensile test by the 0.01% offset method, but this is effective as a method for measuring the yield strength for one specimen.
재료가 열화되는 과정에서 항복강도가 저하되는데, 이러한 항복강도의 저하는 앞서 제안된 방법으로는 평가할 수 없다.The yield strength is lowered in the process of deterioration of the material. Such a decrease in the yield strength can not be evaluated by the proposed method.
이는 비선형 초음파 파라미터의 변화율과 항복강도의 변화율이 다르기 때문이고, 비선형 초음파 파라미터로부터 항복강도의 변화 경향은 추정할 수 있지만 항복강도의 정확한 값의 변화를 추정하기는 어렵기 때문이다.This is because the rate of change of the nonlinear ultrasonic parameters is different from that of the yield strength. It is difficult to estimate the change of the yield strength, although the tendency of the yield strength to change can be estimated from the nonlinear ultrasonic parameters.
이에 본 발명에서는 항복강도의 변화율을 추정하기 위해 먼저 비선형 초음파 파라미터와 항복변형률의 관계를 정립하고 항복변형율로부터 항복강도를 추정하는 방법을 제안하는데, 이는 열화된 재료의 항복강도 변화는 항복변형률의 변화에 영향을 받기 때문이다.In order to estimate the change rate of the yield strength, the present invention first establishes the relationship between the nonlinear ultrasonic parameters and the yield strain, and proposes a method of estimating the yield strength from the yield strain, .
도 2는 피검사체의 인장 시험 결과에 따른 인장곡선과 본 발명의 일 실시 예에 따라 재현된 인장곡선을 비교한 그래프이다.2 is a graph comparing a tensile curve according to a tensile test result of an object to be tested and a tensile curve reproduced according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따라 재현된 인장곡선(210)은 피검사체의 실제 인장 시험 결과에 따른 인장곡선(200)과 거의 유사한 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that the reproduced
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따라 재현된 인장곡선(210)에 0.01% 오프셋 라인(220)을 통해 항복강도를 구하면, 그 값은 실제 인장 시험 결과를 통해 얻을 수 있는 항복강도와 유사하다.Therefore, if the yield strength is obtained through the 0.01% offset
상기 항복강도 측정부는 상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복강도를 측정할 수 있다.The yield strength measuring unit may measure an offset yield strength of the deteriorated object.
추가로, 상기 항복강도 측정부는 상기 재현된 인장곡선의 탄성 구간에 오프셋 방법을 적용하여 상기 피검사체의 오프셋 항복강도를 측정할 수 있다.In addition, the yield strength measuring unit may measure an offset yield strength of the test object by applying an offset method to an elastic section of the reproduced tensile curve.
이를 위해, 상기 항복강도 측정부는 상기 재현된 인장곡선의 탄성 구간에 오프셋 방법을 적용하여 상기 피검사체의 오프셋 항복강도를 측정하는 제1 항복강도 측정부(150) 및 상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복강도를 측정하는 제2 항복강도 측정부(170)를 포함할 수 있으며, 이를 통해 상기 피검사체의 오프셋 항복강도와 상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복강도를 통해 열화에 따른 강도 저하를 정량적으로 평가하는 것이 가능하다. To this end, the yield strength measuring unit may include a first yield
상기 제어부(180)는 상기 초음파 송신부(110), 초음파 수신부(120), 신호 처리부(130), 인장곡선 재현부(140), 제1 항복강도 측정부(150), 제2 항복강도 측정부(160), 항복변형률 추정부(160) 및 제어부(180) 등을 동작을 전박적으로 제어할 수 있다.The
도 3은 인장곡선의 탄성 부근에서의 특성을 나타내기 위한 그래프이다.Fig. 3 is a graph for showing characteristics in the vicinity of the elasticity of the tensile curve.
일반적으로, 항복강도는 인장시험 결과 얻은 인장곡선에 0.2% 오프셋 방법을 적용하여 구할 수 있다.Generally, the yield strength can be determined by applying a 0.2% offset method to the tensile curve obtained from the tensile test.
하지만, 0.2% 오프셋 방법은 재료가 탄성(elastic) 변형되는 구간뿐만 아니라 소성(plastic) 변형되는 구간도 일부 포함하고 있다.However, the 0.2% offset method includes not only the section where the material is elastically deformed but also the section where plastic deformation occurs.
이에 반해, 초음파는 탄성파로 초음파가 전파한 재료의 탄성(elastic) 특성을 평가할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 인장곡선의 탄성 구간에서 0.01% 오프셋 방법을 적용하여 항복강도를 구한다.On the other hand, ultrasonic waves can evaluate the elastic characteristics of materials propagated by ultrasonic waves by acoustic waves. Accordingly, in the present invention, the yield strength is obtained by applying a 0.01% offset method in the elastic section of the tensile curve.
바람직하게, 상기 제1 항복강도 측정부(150)는 상기 재현된 인장곡선의 탄성 구간에 0.01% 오프셋 방법을 적용하여 상기 피검사체의 0.01% 오프셋 항복강도를 측정할 수 있다.Preferably, the first yield
도 4는 비선형 초음파 파라미터와 0.01% 오프셋 항복변형률의 관계를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the relationship between the nonlinear ultrasonic parameter and the 0.01% offset yield strain.
도 4를 참조하면, 상기 항복변형률 추정부(160)는 상기 피검사체와 상기 열화가 진행된 피검사체의 비선형 초음파 파라미터의 비를 이용한 하기 수학식 4를 통해 상기 열화가 진행된 피검사체의 0.01% 오프셋 항복변형률을 추정할 수 있다.Referring to FIG. 4, the yield
[수학식 4]&Quot; (4) "
여기서, εy는 열화가 진행된 피검사체의 0.01% 오프셋 항복변형률이고, β는 열화가 진행된 피검사체의 비선형 초음파 파라미터이고, εy,0은 초기 피검사체의 0.01% 오프셋 항복변형률이고, β0는 초기 피검사체의 비선형 초음파 파라미터이다.Here, ε y is the degradation of 0.01% offset yield strain of the object progressed, β is the degradation is non-linear ultrasound parameters for advanced device under test, ε y, 0 is 0.01% offset yield strain of the initial test subject, β 0 is It is the nonlinear ultrasonic parameter of the initial subject.
이를 위해, 상기 항복변형률 추정부(160)는 하기 수학식 5를 통한 비선형 초음파 파라미터와 0.01% 오프셋 항복변형률의 관계로부터 상기 수학식 4를 도출할 수 있다.For this, the yield
[수학식 5]&Quot; (5) "
여기서, β는 비선형 초음파 파라미터이고, εy는 항복변형률이다.Where β is a nonlinear ultrasonic parameter and ε y is the yield strain.
도 5는 인장곡선에 0.01% 오프셋 방법을 적용한 그래프이다.5 is a graph showing a 0.01% offset method applied to the tensile curve.
도 5를 참조하면, 상기 항복변형률 추정부(160)는 하기 수학식 6을 통한 비선형 응력-변형률 식과 0.01% 오프셋의 관계로부터 상기 수학식 5를 도출할 수 있다.Referring to FIG. 5, the yield
[수학식 6]&Quot; (6) "
여기서, σy는 항복강도이고, E는 선형 탄성계수이고, β는 비선형 초음파 파라미터이고, εy는 항복변형률이다.Here,? Y is the yield strength, E is the linear elastic modulus,? Is the nonlinear ultrasonic parameter, and? Y is the yield strain.
도 6은 재료가 열화되는 경우 항복변형률을 통해 항복강도를 측정하는 방법을 나타내기 위한 인장곡선이다.6 is a tensile curve to show a method of measuring the yield strength through yield strain when the material deteriorates.
도 6을 참조하면, 초음파를 이용한 열화가 진행된 피검사체의 인장곡선(310)과 초기 피검사체의 인장곡선(300)을 나타내고 있으며, 피검사체가 열화가 진행됨에 따라 항복변형률이 감소하게 되고, 열화가 진행된 피검사체의 항복변형률로부터 열화가 진행된 피검사체의 항복강도를 측정할 수 있다.Referring to FIG. 6, the tensile curve 310 of the inspected object and the
상기 제2 항복강도 측정부(170)는 상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복강도를 측정할 수 있다.The second yield
여기서, 상기 제2 항복강도 측정부(170)는 상기 제1 항복강도 측정부(150)와 동일한 구성에 해당할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 별도의 구성에 해당할 수 있음은 물론이다.Here, the second yield
구체적으로, 상기 제2 항복강도 측정부(170)는 상기 피검사체의 선형 탄성계수, 비선형 초음파 파라미터, 및 상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복변형률을 이용한 하기 수학식 7을 통해 상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복강도를 측정하는 것을 특징으로 한다.Specifically, the second yield
[수학식 7]&Quot; (7) "
여기서, σy는 항복강도이고, E는 선형 탄성계수이고, β는 비선형 초음파 파라미터이고, εy는 항복변형률이다.Here,? Y is the yield strength, E is the linear elastic modulus,? Is the nonlinear ultrasonic parameter, and? Y is the yield strain.
바람직하게, E는 2차 선형 탄성계수이고, β는 2차 비선형 초음파 파라미터일 수 있으며, 괄호 안에는 1/6γεy 2 등이 추가로 더해질 수 있다. 이때, γ는 3차 비선형 초음파 파라미터이다.Preferably, E is a second order linear elastic modulus, b can be a second order nonlinear ultrasonic parameter, and in parentheses is 1 / 6γε y 2 Etc. can be added. At this time,? Is a third order nonlinear ultrasonic parameter.
도 7은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 항복강도 측정 결과와 인장시험을 통한 항복강도 측정 결과를 비교한 그래프이다.FIG. 7 is a graph comparing the yield strength measurement result using the ultrasonic wave according to the present invention and the yield strength measurement result by the tensile test.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따라 재현된 인장곡선(310)은 실제 인장 시험 결과에 따른 인장곡선(300)과 거의 유사한 것을 확인할 수 있으며, 더욱 상세하게는 10% 내의 오차 내에서 측정되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that the reproduced tensile curve 310 according to an embodiment of the present invention is substantially similar to the
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파를 이용한 항복강도 측정 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a method of measuring a yield strength using ultrasonic waves according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 먼저 피검사체에 단일 주파수를 가진 초음파 신호를 입사시킨다.Referring to FIG. 8, an ultrasonic signal having a single frequency is first incident on a subject.
다음으로, 상기 피검사체를 투과하거나 상기 피검사체의 저면에서 반사되는 초음파 신호를 수신한다.Next, an ultrasound signal transmitted through the subject or reflected from the bottom of the subject is received.
그 다음, 상기 수신된 초음파 신호로부터 상기 피검사체의 선형 탄성계수 및 비선형 초음파 파라미터를 측정한다.Then, the linear elastic modulus and the nonlinear ultrasonic parameter of the subject are measured from the received ultrasonic signal.
상기 피검사체의 선형 탄성계수와 상기 비선형 초음파 파라미터에 대한 설명은 상술한 바와 같다.The linear elastic modulus of the subject and the description of the nonlinear ultrasonic parameters are as described above.
그 다음, 상기 선형 탄성계수 및 상기 비선형 초음파 파라미터를 이용하여 인장곡선을 재현한다.Then, the tensile curve is reproduced using the linear elastic modulus and the nonlinear ultrasonic parameter.
그 다음, 상기 피검사체의 비선형 초음파 파라미터로부터 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복변형률을 추정한다.Next, the offset yield strain of the subject subjected to deterioration from the nonlinear ultrasonic parameter of the subject is estimated.
그 다음, 상기 피검사체의 오프셋 항복강도를 측정한다.Then, the offset yield strength of the object is measured.
이때, 상기 재현된 인장곡선의 탄성 구간에 오프셋 방법을 적용하여 상기 피검사체의 오프셋 항복강도를 측정하고, 상기 피검사체의 오프셋 항복강도와 상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복강도를 통해 열화에 따른 강도 저하를 정량적으로 평가하는 것도 가능하다.At this time, the offset yield strength of the subject is measured by applying an offset method to the elastic section of the reproduced tensile curve, and the offset yield strength of the subject and the offset yield strength of the deteriorated subject are used It is also possible to quantitatively evaluate the strength drop.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only in accordance with the following claims, and all equivalents or equivalent variations thereof are included in the scope of the present invention.
100: 항복강도 추정 장치
110: 초음파 송신부
120: 초음파 수신부
130: 신호 처리부
140: 인장곡선 재현부
150: 제1 항복강도 측정부
160: 항복변형률 추정부
170: 제2 항복강도 측정부
180: 제어부
200: 실제 인장 시험 결과에 따른 인장곡선
210: 본 발명의 일 실시 예에 따라 재현된 인장곡선
220: 0.01% 오프셋 라인
300: 초기 피검사체의 인장곡선
310: 열화가 진행된 피검사체의 인장곡선100: Yield strength estimation device
110: Ultrasonic transmitter
120: Ultrasound receiver
130: Signal processor
140: tensile curve representation
150: first yield strength measuring section
160: yield strain estimating unit
170: second yield strength measuring section
180:
200: tensile curve according to actual tensile test result
210: a reproduced tensile curve according to one embodiment of the present invention
220: 0.01% offset line
300: Tensile curve of early subject
310: Tensile curve of the subject subjected to deterioration
Claims (12)
상기 피검사체를 투과하거나 상기 피검사체의 저면에서 반사되는 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신부;
상기 수신된 초음파 신호로부터 상기 피검사체의 선형 탄성계수 및 비선형 초음파 파라미터를 측정하는 신호 처리부;
상기 선형 탄성계수 및 상기 비선형 초음파 파라미터를 이용하여 인장곡선을 재현하는 인장곡선 재현부;
상기 피검사체와 열화가 진행된 피검사체의 비선형 초음파 파라미터를 이용하여 상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복변형률을 추정하는 항복변형률 추정부; 및
상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복강도를 측정하는 항복강도 측정부를 포함하고,
상기 항복강도 측정부는 상기 재현된 인장곡선의 탄성 구간에 오프셋 방법을 적용하여 상기 피검사체의 오프셋 항복강도를 측정하는 제1 항복강도 측정부; 및
상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복강도를 측정하는 제2 항복강도 측정부를 포함하여,
상기 피검사체의 오프셋 항복강도와 상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복강도를 통해 열화에 따른 강도 저하를 정량적으로 평가하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 항복강도 추정 장치.
An ultrasonic transmitter for receiving an ultrasonic signal having a single frequency to an object to be examined;
An ultrasound receiver for receiving an ultrasound signal transmitted through the object or reflected at a bottom of the object;
A signal processing unit for measuring a linear elastic modulus and a nonlinear ultrasonic parameter of the subject from the received ultrasonic signal;
A tensile curve reproducing unit for reproducing the tensile curve using the linear elastic modulus and the nonlinear ultrasonic parameter;
A yield strain estimating unit for estimating an offset yield strain of the subject subjected to the deterioration using the nonlinear ultrasonic parameters of the subject and the deteriorated subject; And
And a yield strength measuring unit for measuring an offset yield strength of the deteriorated object,
Wherein the yield strength measuring unit comprises: a first yield strength measuring unit for measuring an offset yield strength of the object by applying an offset method to an elastic section of the reproduced tensile curve; And
And a second yield strength measuring unit for measuring an offset yield strength of the deteriorated object,
Wherein the strength reduction due to deterioration is quantitatively evaluated through the offset yield strength of the test object and the offset yield strength of the deteriorated test object.
상기 초음파 송신부는 초음파의 종파 및 횡파 신호를 송신하고,
상기 초음파 수신부는 상기 피검사체를 투과하거나 상기 피검사체의 저면에서 반사되는 초음파의 종파 및 횡파 신호를 수신하고,
상기 신호 처리부는 상기 수신된 초음파의 종파 및 횡파 신호의 시간 간격을 통하여 전파속도를 산출하고,
상기 선형 탄성계수는 하기 수학식 1로부터 측정되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 항복강도 추정 장치.
[수학식 1]
여기서, E는 선형 탄성계수, ρ는 전파 매질에 해당하는 피검사체의 밀도, CL은 초음파의 횡파 전파 속도, CS는 초음파의 종파 전파 속도임.
The method according to claim 1,
The ultrasonic transmitter transmits ultrasonic longitudinal waves and transverse waves,
Wherein the ultrasonic receiver receives ultrasonic longitudinal waves and transverse waves transmitted through the subject or reflected from the bottom of the subject,
Wherein the signal processing unit calculates a propagation speed through a time interval of the longitudinal wave and transverse wave signals of the received ultrasonic wave,
Wherein the linear elastic modulus is measured from the following equation (1).
[Equation 1]
Where E is the linear elastic modulus, ρ is the density of the subject corresponding to the propagation medium, C L is the transverse wave propagation velocity of the ultrasonic wave, and C s is the longitudinal wave propagation velocity of the ultrasonic wave.
상기 신호 처리부는 상기 수신된 초음파 신호를 기본주파수 성분과 고조파 성분으로 분리하여 하기 수학식 2를 통해 비선형 초음파 파라미터를 측정하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 항복강도 추정 장치.
[수학식 2]
여기서, A1은 기본파 성분의 변위 진폭, A2는 고조파 성분의 변위 진폭, k는 파수, x는 전파거리임.
The method according to claim 1,
Wherein the signal processing unit separates the received ultrasonic signal into a fundamental frequency component and a harmonic component and measures a nonlinear ultrasonic parameter through Equation (2).
&Quot; (2) "
Where A 1 is the displacement amplitude of the fundamental wave component, A 2 is the displacement amplitude of the harmonic component, k is the wave number, and x is the propagation distance.
상기 인장곡선 재현부는 상기 선형 탄성계수 및 상기 비선형 초음파 파라미터를 이용하여 하기 수학식 3을 통해 인장곡선을 재현하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 항복강도 추정 장치.
[수학식 3]
여기서, σ는 응력(stress), E는 선형 탄성계수, F는 2차 비선형 탄성계수, ε은 변형률(strain), β는 비선형 초음파 파라미터임.
The method according to claim 1,
Wherein the tensile curve reproducing unit reproduces a tensile curve using the linear elastic modulus and the nonlinear ultrasonic parameter using the following equation (3).
&Quot; (3) "
Here, σ is the stress, E is the linear elastic modulus, F is the secondary nonlinear elastic modulus, ε is the strain, and β is the nonlinear ultrasonic parameter.
상기 제1 항복강도 측정부는 상기 재현된 인장곡선의 탄성 구간에 0.01% 오프셋 방법을 적용하여 상기 피검사체의 0.01% 오프셋 항복강도를 측정하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 항복강도 추정 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first yield strength measuring unit measures the 0.01% offset yield strength of the test subject by applying a 0.01% offset method to the elastic section of the reproduced tensile curve.
상기 항복변형률 추정부는 상기 피검사체와 상기 열화가 진행된 피검사체의 비선형 초음파 파라미터의 비를 이용한 하기 수학식 4를 통해 상기 열화가 진행된 피검사체의 0.01% 오프셋 항복변형률을 추정하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 항복강도 추정 장치.
[수학식 4]
εy는 열화가 진행된 피검사체의 0.01% 오프셋 항복변형률, β는 열화가 진행된 피검사체의 비선형 초음파 파라미터, εy,0은 초기 피검사체의 0.01% 오프셋 항복변형률, β0는 초기 피검사체의 비선형 초음파 파라미터임.
The method according to claim 6,
Wherein the yield strain estimator estimates the 0.01% offset yield strain of the subject undergoing deterioration through Equation (4) using the ratio of the non-linear ultrasonic parameter of the subject to the degraded subject to the deteriorated strain, The yield strength estimation device used.
&Quot; (4) "
ε y is a 0.01% offset yield strain of the object advanced degradation, β is a non-linear ultrasonic parameters of a subject, deterioration progressed, ε y, 0 is 0.01% offset yield strain, β 0 of the initial test subject is non-linear in the initial test subject Ultrasonic parameters.
상기 항복변형률 추정부는 하기 수학식 5를 통한 비선형 초음파 파라미터와 0.01% 오프셋 항복변형률의 관계로부터 상기 수학식 4를 도출하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 항복강도 추정 장치.
[수학식 5]
여기서, β는 비선형 초음파 파라미터, εy는 항복변형률임.
8. The method of claim 7,
Wherein the yield strain estimator derives Equation (4) from the relationship between the nonlinear ultrasonic parameter and the 0.01% offset yield strain through the following equation (5).
&Quot; (5) "
Where β is the nonlinear ultrasonic parameter and ε y is the yield strain.
상기 항복변형률 추정부는 하기 수학식 6을 통한 비선형 응력-변형률 식과 0.01% 오프셋의 관계로부터 상기 수학식 5를 도출하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 항복강도 추정 장치.
[수학식 6]
여기서, σy는 항복강도, E는 선형 탄성계수, β는 비선형 초음파 파라미터, εy는 항복변형률임.
9. The method of claim 8,
Wherein the yield strain estimator derives Equation (5) from the relationship between the nonlinear stress-strain equation and the 0.01% offset through Equation (6): " (5) "
&Quot; (6) "
Here, σ y is the yield strength, E is the linear elastic modulus, β is the nonlinear ultrasonic parameter, and ε y is the yield strain.
상기 제2 항복강도 측정부는 상기 피검사체의 선형 탄성계수, 비선형 초음파 파라미터, 및 상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복변형률을 이용한 하기 수학식 7을 통해 상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복강도를 측정하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 항복강도 추정 장치.
[수학식 7]
여기서, σy는 항복강도, E는 선형 탄성계수, β는 비선형 초음파 파라미터, εy는 항복변형률임.
8. The method of claim 7,
The second yield strength measuring unit measures an offset yield strength of the subject subjected to the deterioration through Equation (7) using the linear elastic modulus of the subject, the nonlinear ultrasonic parameter, and the offset yield strain of the subject subjected to the deterioration And the ultrasonic wave is applied to the ultrasonic wave.
&Quot; (7) "
Here, σ y is the yield strength, E is the linear elastic modulus, β is the nonlinear ultrasonic parameter, and ε y is the yield strain.
상기 피검사체를 투과하거나 상기 피검사체의 저면에서 반사되는 초음파 신호를 수신하는 단계;
상기 수신된 초음파 신호로부터 상기 피검사체의 선형 탄성계수 및 비선형 초음파 파라미터를 측정하는 단계;
상기 선형 탄성계수 및 상기 비선형 초음파 파라미터를 이용하여 인장곡선을 재현하는 단계;
상기 피검사체의 비선형 초음파 파라미터로부터 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복변형률을 추정하는 단계; 및
상기 피검사체의 오프셋 항복강도를 측정하는 단계를 포함하고,
상기 재현된 인장곡선의 탄성 구간에 오프셋 방법을 적용하여 상기 피검사체의 오프셋 항복강도를 측정하고,
상기 피검사체의 오프셋 항복강도와 상기 열화가 진행된 피검사체의 오프셋 항복강도를 통해 열화에 따른 강도 저하를 정량적으로 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 항복강도 추정 방법.
Comprising the steps of: inputting an ultrasonic signal having a single frequency to an object to be inspected;
Receiving ultrasound signals transmitted through the subject or reflected from the bottom of the subject;
Measuring a linear elastic modulus and a nonlinear ultrasonic parameter of the subject from the received ultrasonic signal;
Reproducing the tensile curve using the linear elastic modulus and the nonlinear ultrasonic parameter;
Estimating an offset yield strain of an object undergoing deterioration from a nonlinear ultrasonic parameter of the object; And
And measuring an offset yield strength of the object,
Measuring an offset yield strength of the test object by applying an offset method to an elastic section of the reproduced tensile curve,
And quantitatively evaluating a decrease in strength due to deterioration through an offset yield strength of the test object and an offset yield strength of the deteriorated test object.
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