금속 및 복합재 CNG 탱크에서의 손상 검출을 위한 음향방출 에너지 기반 위치표정 기술

Abstract

음향방출기술은 고체내부에 국부적으로 형성된 변형에너지가 급격히 방출되면서 발생하는 탄성파를 이용하는 기술로써 결함의 발생이나 존재하는 결함의 진전을 검출하는 비파괴검사 기법이다. 환경문제로 인해 최근 약 20년 전부터 압축 천연 가스가 자동차 석유 연료의 대안으로 사용되면서 CNG 탱크의 안전성 검사의 필요성 또한 증가하고 있다. 특히 복합재 CNG 탱크에서는 적층된 재료와 방향에 따라 파의 속도나 분산 특성이 달라지므로 매질의 속도에 절대적으로 영향을 받는 종래의 도달 시간차를 이용한 AE 기법으론 결함검출을 하는데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 스틸실린더인 Type-I과 스틸실린더에 GFRP로 와인딩된 Type-II 시편에서 에너지 기반 contour map 기법을 이용해 종래의 AE기법의 한계를 극복하고 결과를 비교하였다. 그 결과 위치표정이 불가하거나 오차가 컸던 종래의 방법과 달리 에너지 기법은 모든 지점에서 위치표정이 가능했으며 오차 또한 현저히 준 것을 확인할 수 있었다. Acoustic emission (AE) is an effective nondestructive test that uses transient elastic wave generated by the rapid release of energy within a material to detect any further growth or expansion of existing defects. Over the past decades, because of environmental issues, the use of compressed natural gas (CNG) as an alternative fuel for vehicles is increasing because of environmental issues. For this reason, the importance and necessity of detecting defects on a CNG fuel tank has also come to the fore. The conventional AE method used for source location is highly affected by the wave speed on the structure, and this creates problems in inspecting a composite CNG fuel tank. Because the speed and dispersion characteristics of the wave are different according to direction of structure and laminated layers. In this study, both the conventional AE method and the energy based contour map method were used for source location. This new method based on pre-acquired D/B was used for overcoming the limitation of damage localization in a composite CNG fuel tank specimen which consists of a steel liner cylinder overwrapped by GFRP. From the experimental results, it is observed that the damage localization is determined with a small error at all tested points by using the energy based contour map method, while there were a number of mis-locations or large errors at many tested points by using the conventional AE method. Therefore, the energy based contour map method used in this work is more suitable technology for inspecting composite structures.