낙하충격시험을 통한 평직 CFRP 적층판의 충격손상 감지와 유의 충격손상 신호의 정량적 평가

Abstract

PVDF 압전센서는 다양한 크기와 형상으로 가공이 가능하여 여러 종류의 구조물에 적용되어 왔다. 게다가, PVDF 센서는 우수한 압전성능을 가지고 있어 충격에 의한 진동과 충격 손상에 의한 응력파의 탐지가 가능하다. 본 연구에서는 PVDF 센서를 사용하여 충격에 의한 평직 CFRP 적층판의 진동을 측정하고 측정된 신호를 기반으로 충격손상을 식별하기 위한 방법론을 제시하였다. 충격에너지 관점에서 CFRP 의 충격 응답과 진동 신호를 분석하기 위해 낙하충격실험을 수행하였고, 그 결과 5 J 이상의 충격에너지가 시험편에 가해졌을 때 CFRP 가 흡수한 에너지량이 급격히 증가함을 확인하였다. 에너지 흡수량의 관점에서 신호를 유의 충격손상 신호와 일반 충격 신호로 분류하였다. 이후 두 종류 신호의 주파수 성분을 연속 웨이블릿 변환을 통해 비교하였으며, 유의 충격손상이 발생할 시 32 khz 이상의 신호가 발생함을 확인하였다. 신호를 정량적으로 평가하기위해 이산 웨이블릿 변환을 통해 신호의 에너지를 조사하였으며, 유의 충격손상이 발생할 때 신호의 에너지가 뚜렷하게 높음을 알 수 있었다. 결론적으로, PVDF 센서를 사용하여 유의 충격손상을 탐지할 수 있는 방법론을 제시하였으며, 이 방법은 구조 건전성 모니터링 및 비파괴검사 분야에서 유용하게 활용될 수 있을 것이다.