본 논문에서는 와이어로프 손상의 정량화를 위하여 먼저 동일한 소재 및 직경을 가지는 강봉을 이용한 누설자속기반 결함 탐상 연구를 진행하였다. 현재까지 국외 및 국내에서 누설자속탐상 기법을 이용하여 결함을 탐상하는 연구가 많이 진행되어 왔지만, 그 손상을 진단하는 것에 그쳐 손상의 정도를 판별하여 그에 따른 적절한 조치를 취하는 것에 어려움이 있다. 따라 서 본 논문에서는 전자기적 유한요소 해석 프로그램을 이용하여 누설자속탐상 시스템을 모델링하였으며 강봉을 강자성체 시편으로 이용하여 누설자속탐상 시뮬레이션을 진행하였다. 또한 시뮬레이션 결과를 검증하기 위하여 실제 강봉에 시뮬레이 션과 동일한 종류의 손상을 가공하여 결함탐상 실험을 진행하였다. 시뮬레이션과 실험 데이터를 분석한 결과 탐상 속도는 신호의 크기에 미소한 영향을 주었으며, 손상의 너비 변화에 따라 신호의 크기가 동일하지 않음을 검증할 수 있었다. 본 분 석을 토대로 깊이 손상과 너비 손상에서의 신호 특성을 추출하여 손상의 종류를 분별할 수 있었고, 역으로 추출된 신호의 특 성을 이용하여 손상의 종류를 판별할 수 있는 가능성을 확인하였다.

본 연구에서는 다채널 자속누설 센서를 이용하여 강케이블의 국부손상을 검색하였다. 먼저 자속누설 기법을 고정된 케 이블 구조물에 적용하기 위해 프로토타입의 8채널 자속누설 센서헤드를 제작하였고, 국부손상이 발생한 케이블을 구현하 기 위하여 PVC 파이프에 강케이블을 채워 강케이블 다발 시편을 제작하였고, 케이블 시편 외부 및 내부에 다양한 크기 및 방향을 가지는 국부손상을 단계적으로 발생시켰다. 이와 같이 제작된 강케이블 시편을 대상으로 각 손상단계에서 자속누설 센서헤드를 이용하여 자속신호를 스캔하고 출력전압으로 표현하였다. 이어서 일반극치분포를 이용해 손상유무를 판단할 수 있는 기준이 되어줄 임계값을 설정하였고, 이를 각 채널에서 계측된 자속신호와 비교하여 객관적인 손상판단을 수행하 였다. 또한 케이블 모니터링에 있어 가장 중요한 정보인 손상의 길이방향 위치를 효과적으로 검색하기 위해 모든 채널의 자속값을 합하여 총합값의 형태로 임계값과 함께 나타내었다. 최종적으로 임계값을 초과한 부분의 길이방향 및 원주방향 위치를 실제 손상과 비교함으로써 본 기법의 국부손상 검색 가능성을 살펴보았다.

강구조물에서는 노후화, 과대하중, 반복하중 등 다양한 요인으로 인해 손상이 발생하게 될 수 있는데, 이러한 손상의 초기대응이 늦을 경우 대형사고로 이어질 가능성이 있다. 이러한 이유로 손상을 조기에 탐지하기 위하여 여러 비파괴검사가 진행되고 있는데, 현 검사 기법으로는 대형 강구조물에 적용하기 어려운 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 연속체 형태의 구조물 진단에 주로 사용되는 누설자속 기반 비파괴검사 기법을 적용하였다. 누설자속 기반 비파괴검사 기법의 가능성을 확인하기 위해, 강판 시편에 각각 다른 깊이의 인위적인 손상을 가하였다. 이후 제작한 센서헤드를 시편에 접근시켜 누설자속의 크기를 측정하였다. 이로부터 추출된 신호에 신호처리를 하여 강판의 손상을 검출하였다.

In this study, a magnetic flux leakage (MFL) method that is known as a suitable non-destructive evaluation (NDE) method for continuum ferromagnetic members was applied to detect the various types of local damages of the steel wire ropes. 3types of artificial damages, such as cutting, corrosion and compression, were formed on wire rope specimen. A multi-channel MFL sensor head that can maintain the constant lift-off was fabricated to scan the wire rope specimen. The fabricated MFL sensor head measured the magnetic flux signals from the three types of damaged specimens. The capability of damage detection according to damage type was verified from the measured MFL signals from each type of damage. And, the characteristics of the MFL signals were compared and analyzed by type of damage.

열차운행에 따라 철도레일에 반복적으로 가해지는 높은 하중은 레일에 결함을 발생시키게 되며 결함이 진전될 경우 궁극적으로 레일의 파손을 유발할 수 있다. 레일의 파손은 많은 유지보수 비용을 유발시키며 나아가 열차탈선이라는 안전문제와 직결되어 있어 레일의 결함을 조기에 검출할 수 있는 효율적인 비파괴 검사법(NDT)이 필요하다. 특히, 레일과 같이 길이가 매우 긴 연속체 구조물을 효과적으로 검사하기 위해서는 고속탐상을 통한 시간단축이 실용화를 위한 주요 요구조건이 된다. 이에 본 연구에서는 비접촉으로 고속탐상이 가능한 비파괴 검사기술인 누설자속탐상 (Magnetic Flux Leakage, MFL) 기술의 기반으로 철도레일 결함 탐상을 위한 적용 가능성을 검증하였다. 검증은 다양한 위치와 크기를 갖는 5가지 종류의 결함레일 시편에 자체 제작한 MFL 센서를 적용하여 결함검출 가능여부를 확인하는 방법으로 진행하였다. 시험결과 수직 및 대각선 방향의 국부손상에 대해 자속누설 신호가 잘 검출 되었으며 이를 통해 누설자속탐상 기술의 철도레일 적용 가능성을 확인할 수 있었다. 향후 연구를 통해, 철도레일 단면에 최적화된 센서부 제작 및 고속탐상이 가능하도록 신호처리가 이루어진다면 철도레일 국부결함 검출을 위한 매우 효과적인 비파괴 검사법이 될 것으로 기대된다.