Fused Silica와 Al2024-T4의 비선형 파라미터 측정

Abstract

금속 재료의 비선형 파라미터는 고유한 물성치로서 기본주파수의 음압의 크기(<TEX>$A_1$</TEX>)과 2차고조파의 음압의 크기(<TEX>$A_2$</TEX>)을 측정하면 산정할 수 있다. 하지만, 실험적으로 <TEX>$A_1$</TEX>과 <TEX>$A_2$</TEX>를 측정하는 것은 매우 복잡한 변환 과정이 필요하기 때문에 현재 많은 연구자들이 비선형 파라미터의 절대값을 측정하지 않고, 전압 변화를 관찰하는 비선형 파라미터의 상대값을 측정하고 있다. 하지만, 비선형 파라미터 상대값으로는 재료의 물성치를 대변할 수가 없기 때문에, 열화도에 따른 시편 측정에만 사용할 수 있는 제약이 있다. 따라서 본 연구에서는 정전용량 측정기법(capacitive detector)보다는 비용이 적게 소모되고 현장 적용이 가능한 압전형 수신기법(piezoelectric detection)을 이용하여 비선형 파라미터의 절대값을 측정하기 위한 시스템을 구축하였다. <TEX>$A_1^2vsA_2$</TEX> 그래프로 시스템의 선형성을 검증하고 시험편인 fused silica와 Al2024-T4에 대한 비선형 파라미터를 측정하였다. Nonlinearity parameter is an inherent property of materials measuring fundamental acoustic amplitude(<TEX>$A_1$</TEX>) and second harmonic amplitude(<TEX>$A_2$</TEX>). However, measurement of <TEX>$A_1$</TEX> and <TEX>$A_2$</TEX> has complex calibration procedure, many researchers prefer to measure relative nonlinearity parameter rather than absolute nonlinearity parameter. But, relative nonlinearity parameter is only detect materials degradation with various degradation samples, it is limited application in determining third order elastic constants of materials. Therefore, in this study, the piezoelectric detection method is adopted to measure absolute nonlinearity parameter due to experimental simplicity compare to capacitive detector. Linearity of measurement system is verified by <TEX>$A_1^2vsA_2$</TEX> plot, and we measured ultrasonic nonlinearity parameters of fused silica and Al2024-T4.