逆傳播 神經回路網을 이용한 疲勞損傷評價에 관한 硏究

장득열 東亞大學校 大學院 1999 국내박사

파괴역학적 개념을 이용한 기계 구조물의 설계방법은 사용부재의 중량을 상당히 경감시킬 수 있다. 그러나 이러한 설계방법은 재료에서 피로 손상이 발생되는 것을 가정하고 있으므로 이에 대한 다양한 평가방법이 제안되고 있다. 그 중 가장 일반적 방법은 응력진폭 Δσ와 파단 반복수 N_(f)를 이용하는 Wo¨hler 방법을 들 수 있다. 이 방법은 피로손상에 의하여 발생되는 반복 슬립대(cyclic slip band)의 생성과 성장 및 합체의 과정을 반영할 수 없으므로 피로 손상이 진행되고 있는 재료 손상을 실시간적으로 모니터링할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 반복하중을 받는 부재의 피로손상을 모니터링하기 위하여 Al 2024-T3합금을 이용한 피로실험을 수행한 뒤 재료표면에서 발생되는 복잡한 표면미소균열 패턴을 프랙탈 차원으로 해석하고 반복수에 따른 피로손상을 X선 회절의 반가폭을 이용한 피로손상평가법을 제안한다. 또한, 기존의 피로손상평가방법이 커브 핏팅(curve fitting)에 국한되므로써 오는 평가 오차를 최소화시키기 위하여 피로실험에서 얻는 균열 성장속도 da/dN과 피로수명비 N/N_(f)를 단일 파괴역학 및 비파괴 파라미터로 평가하는 것이 아니라 전술의 파라미터를 동시에 사용하는 신경회로망을 구축하여 피로손상을 평가한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 평활재의 피로수명은 최대표면미소균열의 프랙탈 차원보다 표면미소균열군의 프렉탈 차원이 훨씬 더 좋은 선형 관계를 가지고 있다. 2. 반가폭비 B/B_(o)를 기초로 만든 logN과 logN/N_(f)선도로 피로수명을 평가하면 평균기울기법이 단일기울기법보다 추정평균오차가 0.0129 더 적어지므로 피로수명 초기영역이 피로수명평가에 그다지 영향을 미치지 않고 있다. 3. logN과 logB/B_(o)선도의 각 응력진폭에 대한 평균기울기를 이용하는 피로수명평가법은 전 응력진폭에 대한 logN/N_(f)-logB/B_(o) 관계식을 이용한 기존의 평가법에 비하여 추정평균오차가 약 26배정도 감소되고 있다. 4. 초기학습조건을 이용하여 최적화시킨 신경회로망은 균열성장속도 da/dN의 경우 학습이나 일반화 과정에서 공학적 오차범위에 상당히 접근하고 있으나 피로수명비 N/N_(f)는 그 오차범위를 초과하고 있다. 5. 신경회로망의 학습과 일반화능력은 초기 데이터의 최대값으로 스케일링하여 사용하는 것 보다 데이터의 인식성을 높여 주는 방향으로 스케일링하는 것이 훨씬 더 향상되었다. 6. 파괴역학과 비파괴 파라미터를 기초로 신경회로망을 이용하여 미지의 실험조건에 대하여 피로손상을 예측한 결과 파괴역학 및 비파괴 파라미터로 균열성장속도 da/dN과 피로수명비 N/N를 평가할 때 발생되는 추정평균오차를 최소화시킬 수 있다. Irregular shapes and growth behavior of surface micro-crack showed very complex and nonlinear properties and many investigators have performed theoretical analyses and experiments on them to characterize fatigue strength. They had difficulties in estimating fatigue life due to random distribution, growth and coalescence of surface micro-cracks. The straightness of crack growth along intergranular and transgranular was prevented from irregular microstructure and precipitates. Euclid geometry can't but fractal geometry can quantify shape of surface micro-crack but farctal dimension D_(f) and fracture mechanical parameters using optical microscope is limited in the field measurement. X-ray diffraction technique can overcome demerits of above-mentioned parameters. The change of half-value breadth B in x-ray diffraction profile consisted of the three sequent stages except stress amplitude near fatigue limit. The gradient of B/B_(o), with respect to logN seemed to take a constant value regardless stress amplitude. N_(f) line was regressed by straight line on the B/B_(o)-logN_(f) diagram. Cycle ratio N/N_(f) was estimated by B/B_(o)-logN diagram and N_(f) line. Mathematical fatigue damage modelling with least square method etc. has very large estimated mean error. Backpropagation neural networks performs computer simulations that have the potential to find the same patterns that fatigue practitioners recognize to relate experimental results to fatigue damage prediction. This potential was used to construct neural networks to recognize the relation between crack growth rate da/dN, cycle ratio N/N_(f), X-ray diffraction half-value breadth ratio B/B_(o), fractal dimension D_(f) and fracture mechanical parameters for A1 2024-T3 alloy. Learning and generalization of neural networks was optimized by floating rate method. Neural networks has the ability to predict fatigue crack growth rate and life on unlearned experimental stress condition. The main results were summarized as follows 1. Fractal dimension D_(f□) has a good linear relation with cycle ratio N/N_(f) 2. Cycle ratio N/N_(f) was predicted within estimated mean error 4.0002 on B/B_(o)-logN/N_(f), diagram and within estimated mean error 0.1686 on B/B_(o)-logN and N_(f) line diagram 3. The gradient of B/B_(o), with respect to logN and logN_(f) has a constant value without data around fatigue limit. 4. The region of early fatigue life does not affect the estimation of fatigue life on B/B_(o)-logN and B/B_(o)-logN/N_(f) diagram because the estimation of fatigue life by average gradient method has 0.029 less estimated mean error than by average gradient method. 5. The neural networks optimized by initial learning conditions is learned and generalized within engineering error range in case of crack growth rate da/dN but not learned and generalized within engineering error range in case of cycle ratio N/N_(f). 6. Cycle ratio N/N_(f) and crack growth rate da/dN is estimated individually by classical method but simultaneously by fatigue damage modelling with neural networks. 7. The learning and generalization of neural networks is much more improved by the scaling method raising the recognition of data pattern than using the maximum value of original data. 8. The neural networks which predicts fatigue damage using nondestructive and fracture mechanical parameters can overcome estimated mean error in e stimation of crack growth rate da/dN and cycle ratio N/N_(f) by their para meters.

가스상 오염물질에 의한 종이기록물 손상위해성 평가 모델 개발에 관한 연구

김현탁 서울시립대학교 2017 국내박사

It is required the scientific standards of environment to preserve public records for a long time. Based on the scientific standards, preservation policies as well as environment management should be implemented. However current standards of preservation environment were set by applying the atmospheric and indoor environmental standards. Moreover, there are few methodologies and tools for setting the scientific and systematic standards of preservation environment. In this study, the distribution characteristics of pollutants in storage room were analyzed for the safe preservation and management of paper records which accounted for the majority of public records in Korea. It is developed a methodology for establishing the standard values of gaseous pollutants. Using the methodology, it is proposed a scientific and systematic air quality standards of preservation environment for O3, SO2, NO2. Also, proposed a reduction technique of O3, SO2, NO2 in the storage room. In addition, a damage risk assessment model on paper records was developed focusing on deterioration of paper by turning concept from each stage of the health risk assessment.  Using this model, standards of preservation environment for O3, SO2, NO2 which are known to contribute to the deterioration of paper records in the previous studies are suggested. It is also investigated the concentration distributions of O3, SO2, NO, NO2 and NOx both in storage room and outdoors. Using this, it can be calculated the period in which paper records could be preserved without damage. In the damage risk assessment model, the first stage is named as ‘damage identification’, the second stage as ‘dose-response assessment’, the third stage as ‘exposure assessment’, and the fourth stage as 'damage characterization'. The distribution characteristics of pollutants both in storage room and outdoors are analyzed and the results are as follows: The mean concentrations of O3, SO2, NO, NO2 and NOx in storage room are 0.99ppb, 1.18ppb, 6.46ppb and 10.40 ppb, respectively. The mean concentrations of O3, SO2, NO, NO2 and NOx outdoors were 10.91, 1.28, 8.18, and 8.17 ppb, respectively. The concentration distributions in storage room are affected by ambient air. The concentration distributions of O3 and NO in storage room are similar to those of O3 and NO outdoor with a time lag of 1 hour. Paper records will be deteriorated by O3 after 52 years under persistent exposure of the average concentrations in storage room, by SO2 after 150 years, and by NO2 after 165 years. Therefore, it is estimated that paper records could be preserved without damage by O3, SO2, and NO2 up to 50, 100, and 150 years, respectively. As a result of the Monte Carlo simulations with the expected preservation period of 100 years, the probability of damage caused by deterioration within 100 years is found to be about 83% in O3, 36% in SO2, and 22% in NO2. In order to establish the management standards of O3, SO2, NO2, available concentrations for preservation of paper records are calculated by the damage risk assessment model with the expected preservation periods of 10, 50, 100, and 200 years. In the case of O3, the concentrations for the preservation periods of 10, 50, 100 and 200 years are 5 ppb, 2 ppb, 1 ppb and 0.5ppb, respectively. It can be preserved paper records without deterioration over at least 50 years, since O3 concentrations do not exceed 2ppb in storage room. Concentrations of SO2 were calculated as 17ppb, 4ppb, 2ppb and 1ppb, respectively, for the preservation periods of 10, 50, 100 and 200 years. The excess ratio of 2ppb in SO2 concentrations is 0.5%. In the case of NO2, the concentrations for the preservation periods of 10, 50, 100, and 200 years are calculated as 82 ppb, 16ppb, 8 ppb and 4ppb, respectively. The excess ratio of 8ppb in NO2 concentrations was 17.5% in storage room. In this study, the standards of preservation environment for paper records are suggested. The air quality in storage room is far below the current standards. However, it will be difficult to manage air quality as well as to meet the standards, if air quality standards are strictly set. Therefore, it is necessary to strengthen the standards through feasible steps. It is suggested that O3 and SO2 concentrations should be strengthened up to 10ppb, the international standard(ISO), in this study. And furthermore, it is suggested to strengthen O3 concentration up to 1ppb and SO2 up to 2ppb, for the advancement of records preservation and permanent preservation of paper records. In the case of NOx, the standard material is changed to NO2. In view of the feasibility of the standard, NO2 concentration should be strengthened to 30ppb. In addition, it is suggested that the standard of 5ppb proposed in this study should be gradually strengthened through the future studies on reduction and sustainability. In addition, it is proposed to install a hybrid air purifier in which a low temperature plasma dielectric barrier discharge, a photocatalyst using TiO2, and a carbon filter system were mixed in the air conditioning system for storage and maintenance of storage room air quality. In order to reset the standards in the future, it is necessary to study on the various preservation environments reflecting the seasonal and geographical characteristics of Korea as well as the spatial characteristics of the storage room, and to study on the reduction of pollutants as well. “기록이 없으면 역사도 없다”는 말은 기록유산이 얼마나 중요한 가를 인식시켜 주는 말로, 기록은 개인, 국가, 인류의 문화적 유산으로 잘 보존되어야 한다. 기록물은 “과거와 현재, 미래를 연결해 주는 고리”라 할 수 있으며, 국가의 존속과 발전에 있어 매우 중요한 요소이다. 한번 훼손된 기록물은 복원하기도 힘들지만 그 기록물을 복원하기 위해서는 상당히 많은 시간과 비용이 소요된다. 이러한 공공기록물을 안전하게 보존하여 후대에 계승하는 것은 매우 중요하다. 기록물의 종류 및 매체는 다양하지만 영구기록물관리기관의 보존기록물은 2016년 기준으로 종이기록물이 91.7%를 차지하고 있다. 현재 「공공기록물 관리에 관한 법률」에 의한 보존환경 공기질 기준은 기록물을 보존하기 위한 기준이 아니라, 일반 대기 및 실내 환경기준을 준용하고 있기 때문에 기록물 중심의 장기보존을 위한 과학적인 기준이 필요한 실정이다. 특히, 선행연구에서 종이기록물의 열화에 기여하는 오염물질로 밝혀진 대표적 산성 가스상 오염물질인 O3, SO2, NO2에 대한 연구 및 기준 설정이 시급하다. 이에 본 연구에서는 종이기록물의 안전한 보존관리를 위하여 보존서고 내 가스상 오염물질의 농도 분포 특성을 분석하고, 가스상 오염물질에 대한 기록물 손상위해성 평가 모델(damage risk assessment model) 및 기준치 설정을 위한 방법론(methodology)을 개발하였다. 또한 개발된 방법론을 활용한 O3, SO2, NO2에 대한 보존환경 공기질 관리기준 제안과 보존서고 내에서 O3, SO2, NO2의 저감기술 제안을 목적으로 하였다. 보존서고 내 종이기록물 보존관리를 위한 실내·외 공기 중 오염물질의 분포 특성을 분석하였으며, 결과는 다음과 같다. 첫째, O3, SO2, NO, NO2, NOx에 대한 보존서고 내 평균농도는 각각 0.99ppb, 1.18ppb, 6.46ppb, 5.17ppb, 10.40ppb로 조사되었으며, 건물외부 대기 중의 평균농도는 각각 10.91ppb, 1.28ppb, 8.18ppb, 8.17ppb 12.84ppb로 조사되었다. 둘째, 보존서고 내 가스상 오염물질의 농도 분포 특성은 외기의 영향을 받는 것으로 분석되었으며, O3, NO의 경우 1시간 간격을 두고 실내·외 농도가 유사한 분포 특성을 나타냈다. 건강위해성 평가(health risk assessment)의 질병 발현 이론을 기록물 손상의 경우로 적용하여 비발암성 물질의 질병 발현 이론인 역치(threshold) 용량 이상에 노출되어야 질병이 발현된다는 이론과 같이 기록물의 손상이 발생되는 즉, 기록물의 화학적 변화(열화)는 일정 용량 이하의 노출에서는 발생하지 않으며, 역치(threshold) 용량 이상에 노출되어야 손상이 발현된다 할 수 있다. 이에 비발암성 물질에 대한 건강위해성 평가의 질병 발현 가능성 평가 이론을 기록물 손상위해성 평가 모델의 손상 발현 가능성 평가 이론으로의 개념을 정립하여 개발하였다. 기록물의 열화에 기여한다고 알려진 O3, SO2, NO2에 대하여 종이기록물의 손상위해성 평가 결과 본 연구에서 분석 및 제시된 평균농도에서 지속적인 노출시 열화가 나타날 수 있는 보존연수는 각각 52년, 150년, 165년으로 추정되었으며, 최고농도에서 지속적인 노출시 열화가 나타날 수 있는 보존연수는 각각 20년, 85년, 50년으로 나타났다. 또한 오염물질별 노출에 의한 기록물의 손상위해도에 대하여 결정론적 평가에서 발생될 수 있는 불확실성을 제거하기 위해 몬테카를로 모의실험을 100,000번 실행한 결과, 100년 이내에 열화에 의한 손상이 발생될 확률이 O3, SO2, NO2 오염물질별 각각 O3 83%, SO2 36%, NO2 22%로 분석되었으며, O3에 대한 관리가 시급한 것으로 사료된다. 본 연구수행을 통해 개발한 손상위해성 평가 모델을 활용하여 종이기록물 손상 예방을 위한 관리기준을 산출하고, 국제기준(ISO-11799) 및 산출된 기준의 달성 가능성을 고려하여 최종 보존환경 관리기준을 제안하였으며, 이 관리기준의 성공적 달성을 위해 단계별 관리기준을 제안하였다. O3, SO2는 국제표준의 기준치인 10ppb 수준으로 강화하는 것을 제안하며, 향후 기록물 보존관리의 선진화 및 종이기록물의 항구적인 보존을 위해서 본 연구의 결과인 O3은 1ppb, SO2는 2ppb로 강화하는 것을 제안하였다. 또한 기존에 NOx의 경우는 실내에서 안정적인 물질이며, 선진국에서 기준으로 사용하는 NO2로 기준을 변경하고, 기준의 달성가능성을 고려하여 대기환경 연간기준치인 30ppb 수준으로 중간기준을 제안하며, 향후 5ppb로 강화하는 것을 제안하였다. 또한, 보존서고 내 가스상 오염물질 관리를 위해서 공조 시스템 내부에 저온플라즈마 유전체 베리어 방전, TiO2를 활용한 광촉매 및 활성탄 필터(carbon filter) 방식이 혼합된 하이브리드 공기정화 장치를 설치할 것을 제안하였다. 본 연구에서 개발한 손상위해성 평가 모델은 기록물의 항구적인 보존을 위한 과학적인 기준치 설정에 대한 방법론으로 정립될 수 있으며, 다양한 매체의 기록물 보존을 위한 손상위해성 평가 및 보존환경 기준치 설정에도 활용 될 수 있을 것이다. 또한 기록물을 장기간 항구적으로 보존할 수 있는 정책 등의 수립에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

도시철도 분기기 망간크로싱의 손상평가 및 교체 기준에 관한 연구

오수진 서울과학기술대학교 2017 국내석사

The turnout crossing is subjected to repeated loads during the performance period, and due to the structural characteristics, the continuous impact loads apply vertically and laterally to turnout crossing part, resulting in high wear rate and damage (cracks, fractures, etc.). However, domestic maintenance criteria for the turnout crossing of urban railway only have replacement and maintenance instructions by the wear limit of turnout crossing. In this study, domestic and foreign researches related to the evaluation and replacement criteria for turnout crossing damage were investigated. The numerical analysis and field measurement at manganese crossing of urban railway turnout were conducted to find ways to reduce the damage of manganese crossing. Based on the field measurements, the fatigue life evaluation and damage analysis of the manganese crossing were performed. In this study, failure evaluation and replacement criteria for manganese crossing of urban railway applied to the type of damage of manganese crossing are suggested. The conclusions drawn from this study are as follows. 1) As a result of reviewing the domestic replacement criteria for turnout crossing of urban railway exchange standards, it is found that most of replacement criteria have been arranged by the amount of wear, and damage (cracks, fractures) evaluation and replacement criteria for manganese crossing of urban railway are necessary. 2) As a result of the time history analysis performed by modeling turnout crossing part, it is confirmed that if "appropriate level of the track support stiffness (spring stiffness of the rail support)" considering axle load and speed of trains passing through the track system of turnout and "sound connection status of rail-sleeper-track concrete" can be secured, it is possible to have dynamic stability and performance improvement of the turnout section of floating slab track which is currently operating on the urban railway. It is analyzed that the main parameters for minimizing the damage and improving performance of the rails for each location and track components of the turnout areas of floating slab track on urban railway are the "displacement" and "vibration acceleration" of the rail, and the rail displacement and acceleration was determined by the track support stiffness. In addition, it is analytically confirmed that the core elastic elements directly affecting the track support stiffness and rail displacement and acceleration of track system of turnout area are soft sleeper pads. 3) As a result of calculation of theoretical track support stiffness in turnout area, it is analyzed that there is no separate elastic material except for the sleeper vibration pad in the case of track system in turnout area, so that the difference in theoretical track support stiffness according to the sleeper spacing and the stiffness change of the sleeper vibration pad respectively occurs. It is found that the change of track support stiffness by changing sleeper spacing (550mm → 630mm) is reduced by about 0.9 times and the change of track support stiffness by changing the stiffness of sleeper variation pads (12.5kN → 60kN) is increased about 3.2 times. 4) The stress probability density function was derived from the field measurements of manganese crossing of #8 turnout and the fatigue life was evaluated by deriving the S-N curve of the manganese crossing part according to the failure probability. As a result, the fatigue life according to the failure probability was estimated to be at least 80 years. Since this is due to the material characteristics of manganese with high fracture toughness and it is difficult to actually apply it as a replacement criteria of manganese crossing, it is confirmed that it is necessary to establish the replacement criteria by the amount of wear, crack, and damage. 5) With reference to the fracture mechanics (damage classification in consideration of mechanical characteristics), the Euro Code (damage notation method, contents, damage location, type of damage, damage specificities) and Japanese replacement criteria of manganese crossing damage (cracks, fractures), the present study suggests the damage evaluation and criteria of manganese crossing which can be applied in domestic urban railway. 6) The damage evaluation and replacement criteria of the manganese crossing suggested in this study is applied to the actual manganese crossing damage type of the urban railway, and it is proved that the suggested damage evaluation and replacement criteria of manganese crossing are appropriate. 분기부 크로싱은 공용기간 중 반복하중을 받고, 구조적특성으로 인해 계속적인 충격하중을 받게 되어 손상(균열, 파손 등) 및 마모가 많이 발생하게 된다. 하지만 국내 분기기 크로싱 관리를 위한 유지보수기준에는 크로싱부 마모한계에 따른 교체 및 보수 지침만을 제시하고 있다. 본 연구에서는 국내・외 분기기 크로싱 손상평가 및 교체 기준과 국내・외 연구동향을 조사하였고, 분기기 망간크로싱의 손상을 저감시킬 수 있는 방안을 모색하기 위해 수치해석을 수행하였다. 또한, 도시철도 분기기 망간크로싱에 대한 현장측정을 수행하였다. 현장측정결과를 바탕으로 분기기 망간크로싱의 피로수명을 평가하였으며, 분기기 망간크로싱에 대한 손상평가 및 교체 기준(안)을 제시하였다. 본 연구를 통해 제시한 분기기 망간크로싱 손상평가 및 교체 기준(안)은 국내 도시철도 망간크로싱 손상유형에 적용하여 사례연구를 수행하였다. 본 연구를 통해 도출된 결론은 다음과 같다. 1) 국내 도시철도 분기기 크로싱 교환기준 검토결과, 대부분 마모량에 의해서 교환기준이 정리되어 있으며, 분기기 크로싱 손상(균열, 파손)에 대한 평가 및 유지관리(교환) 기준 수립이 필요한 것으로 확인되었다. 2) 분기기 크로싱부를 모델링하여 수행한 시간이력해석결과, 대상 분기기 궤도구조를 통과하는 열차의 축중 및 속도를 고려한 “적정 수준의 궤도지지강성(레일지지점 스프링강성)”과 “레일-침목-도상콘크리트의 연결 상태의 건전성이 확보”된다면 현재 도시철도에서 운영중에 있는 도상분리형 침목플로팅 분기기 궤도구조의 동적안정성 확보 및 성능개선이 가능할 것으로 판단되었다. 또한, 도시철도 콘크리트궤도(도상분리형) 분기기의 위치별 레일 및 궤도구성품의 손상을 최소화하고, 성능개선을 하기 위한 주요 매개변수는 레일의 “변위”와 “진동가속도”이며, 레일변위와 가속도는 궤도지지강성에 따라 결정되는 것으로 분석되었다. 뿐만 아니라 분기기 궤도구조의 궤도지지강성과 레일의 변위 및 가속도에 직접적인 영향을 미치는 핵심 탄성요소는 소프트한 침목방진패드임을 해석적으로 확인하였다. 3) 분기기 이론 궤도지지강성 산출 결과, 분기기 궤도구조의 경우 침목방진패드를 제외하고는 별도의 탄성재료가 없으므로 침목배치간격 및 침목방진패드의 강성 변화에 따라 이론 궤도지지강성의 차이가 발생되는 것으로 분석되었다. 침목간격(550mm→630mm)에 의한 궤도지지강성의 변화는 약 0.9배 감소하는 것으로 분석되었으며, 침목방진패드 강성변화(12.5kN→60kN)에 따른 궤도지지강성의 변화는 약 3.2배 증가하는 것으로 분석되었다. 4) 콘크리트궤도 분기기(#8) 망간크로싱 현장측정을 통해 응력확률밀도 함수를 도출하였고, 파괴확률에 따른 망간크로싱부 S-N선도를 도출하여 피로수명을 평가한 결과, 파괴확률에 따른 피로수명은 최소 80년으로 평가되었으며, 이는 파괴인성이 큰 망간의 재료적 특성에 의한 것으로 실제 망간크로싱의 교환기준으로 적용하기 어렵기 때문에 마모량이나 균열, 손상에 의한 교환기준 수립이 필요함을 확인하였다. 5) 파괴역학(역학적 특성을 고려한 손상분류)과 Euro Code(손상표기 방법, 내용, 손상위치, 손상의 종류, 손상 특이사항 순) 그리고 일본의 망간크로싱 손상에 따른 교환기준을 참고로 국내 도시철도에서 적용할 수 있는 분기기 망간크로싱의 손상(균열, 파손)평가 및 기준(안)을 제안하였다. 6) 본 연구에서 제안한 분기기 망간크로싱의 손상평가 및 교체 기준(안)을 실제 도시철도 분기기 망간크로싱 손상유형에 적용하여 비교・분석하였으며, 본 연구에서 제안한 분기기 망간크로싱 손상평가 및 교체 기준(안)의 적정함을 입증하였다.

고온을 받은 콘크리트의 특성변화 및 손상도 평가에 관한 연구

이중원 연세대학교 대학원 2009 국내박사

경제가 성장함에 따라 인구의 증가 및 시설의 도시화 현상은 건물이 고층화 및 대형화 되고, 그에 따라 화재발생의 빈도가 높아지고 그 규모는 대형화되는 추세며 이에 따른 물질적 피해와 인명피해도 크게 발생하고 있는 실정이다. 화재피해 콘크리트 건축물의 손상도 평가는 재료강도의 내력저하와 부재강성변화에 의한 사용성 저하, 균열이나 중성화 등에 의한 내구성 저하의 관점에서 평가할 수 있으며, 이 중 내력저하는 구조물의 안전과 직접적인 관련이 있는 가장 중요한 평가항목이기 때문에 강도저하정도의 파악은 화재 후의 재사용 여부와 그 보수?보강법의 검토에 대한 중요한 판단 자료가 된다. 화재피해 콘크리트 건축물의 손상도 평가를 위해서, 육안관찰과 슈미트 해머나 초음파를 이용한 비파괴 검사와 현장에서 채취된 코아 샘플의 압축강도 실험으로 강도저하를 확인하고, 페놀프탈레인 시약에 의한 중성화 실험에 의해 손상깊이를 추정한다. 그러나 이와 같은 기존 손상도 평가방법으로는 명확한 손상깊이를 추정하기가 어렵고 엔지니어는 보수적인 판정을 하고 이로 인해 불필요한 보수?보강 비용이 든다. 이에 합리적인 보수?보강방법과 나아가 해체 시의 정확한 판단과 결과에 대한 신뢰도 제고를 위해서는 정량적인 손상도 분석 및 평가가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 고온에 노출된 콘크리트의 특성변화 및 손상도 평가 연구를 위해, 먼저 선행연구의 고찰을 통해 주된 평가지표를 결정하였고 평가지표별 고온특성변화를 실험과 해석방법에 의해 규명하여, 그 결과를 반영한 정량적 손상도 평가방법과 평가모델식을 제시하였다. 본 연구를 수행하여 얻은 결론을 요약하면 아래와 같다. (1) 공시체절단법에 의해 손상깊이에 따른 흡수율과 잔존인장강도의 변화는 일관된 경향을 나타내고 있어 본 평가방법은 일면가열조건 부재에 적용하여 수열온도 예측을 통해 손상깊이 추정을 위한 평가방법으로 활용할 수 있을 것이다. (2) 색조분석법에 의해 손상깊이에 따른 색조분석 결과, 명도값이나 채도값에 비해 색상값의 변화가 가열면에서 부터 멀어질수록 작아지는 일관된 경향을 나타내고 있어 상대색상값을 측정하여 고온에 노출된 부재의 수열온도를 예측하여 손상깊이의 추정이 가능할 것이다. (3) 고온에 노출된 콘크리트는 대기중에 기건상태로 방치하는 것보다 최소 7일 정도의 습윤상태에 노출시키는 것으로도 10%이상의 압축강도가 복원되고 있음이 확인되어, 화재 후 손상부재에 적절한 수분공급을 통해 콘크리트의 강도복원도를 확인하여 손상도 평가가 이루어져야 한다. (4) 콘크리트의 열특성계수 중, 밀도는 열전도특성에 영향이 작으므로 상수값을 사용하여도 무방하나, 비열과 열전도계수는 온도모델식 적용여부에 따라 부재 내부온도 차이가 크므로 해석 시 이에 대한 고려가 필요하다. (5) 온도변화에 따른 중량감소는 해석방법을 이용하여 잘 예측할 수 있고, 상온에 시험체의 초기 자유수의 질량에 따라 중량감소는 차이가 크게 발생한다. (6) 색상변화, 중량감소율 및 잔존압축강도 관계는 정량적인 온도모델식으로 제안할 수 있어 고온을 받은 콘크리트의 손상도 평가에 사용할 수 있을 것이다.

모우드 섭동법에 의한 터널의 손상 예측 모델

이재영 연세대학교 대학원 2001 국내박사

터널은 사회기반시설의 일부로서 장기간 사용에 대한 안전성이 보장되어야 한다. 따라서, 적절한 안전진단을 수행하고 그 결과에 따라 보수·보강이 이루어져야 한다. 그러므로, 본 연구에서는 터널의 안전성을 평가하기 위하여 터널에 내재되어 있는 다양한 손상을 탐지하고 이를 정량화된 손상도로 나타내고자 한다. 일반구조물과는 달리 지하구조물로서 터널은 구조물 대부분이 지반에 묻혀 있어 가시적인 손상외의 내부 손상을 알아내기란 쉽지 않다. 그러나, 터널의 동적응답을 얻고, 이러한 동적응답으로부터 구조물의 동적특성치를 산정하여 그 값의 변화로부터 구조물 내부의 상태변화를 예측할 수 있다. 그러므로, 본 연구에서는 모우드 섭동법을 터널에 적용함으로써 구조물의 고유진동특성을 이용한 손상의 위치와 정도 평가를 수행한다. 이때 구조물의 고유진동특성을 얻기 위하여 콘크리트 라이닝에 충격하중을 가하고 그에 대한 동적응답을 측정하는 방법을 사용한다. 또한, 일반구조물에 적용되어 오던 모우드 섭동법에 주변지반의 영향을 고려할 수 있도록 하기 위하여 콘크리트 라이닝은 유한요소로, 주변지반은 경계요소로 모형화한 조합해석을 사용하여 지하구조물의 동적특성치를 수치해석적으로 산정할 수 있도록 하였다. 이러한 해석법을 통하여 손상을 포함한 콘크리트 라이닝 단면의 손상 위치와 손상도를 평가할 수 있으며, 가정된 주변지반의 물성치를 나타내는 매개변수를 역으로 추정할 수 있다. 동적응답의 자료를 이용하여 국부적인 범위에서 충격반향탐사법에 의한 콘크리트 라이닝의 두께측정과 물성을 평가하며, 이를 손상탐사의 기본자료로 활용한다. 유한요소와 경계요소의 조합해석을 통하여 무한 및 반무한인 지반 내의 터널 단면에 대한 동적특성치를 산정할 수 있었으며, 이를 모우드 섭동법의 기본 자료로 사용하여 콘크리트 라이닝에 내재된 손상을 쉽게 탐지할 수 있었다. 고유진동수에 포함된 오차와 모우드형상에 포함된 오차의 영향을 평가함으로써 손상탐사의 결과에 미치는 영향을 알아보았다. 그 결과 실측에 포함된 오차보다는 측정의 위치선정이 적절하여야 하며, 미리 예측할 수 있는 손상의 영향을 포함한 모우드 형상을 산정하여 해석에 사용할 경우 신뢰할 수 있는 손상탐사의 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 수정된 모우드 섭동법이 주변지반의 영향을 포함한 해석이므로 콘크리트 라이닝의 강체운동 모우드 형상인 1차와 2차의 모우드 형상만을 고려한 해석을 수행할 경우 주변지반의 물성을 나타내는 매개변수와의 상관관계를 얻을 수 있었다. 결론적으로 개발된 터널의 손상탐사를 위한 모형은 터널에 형성된 손상의 위치와 정도를 유효하게 나타낼 수 있었으며, 터널의 안전성을 평가할 수 있는 비파괴시험으로 사용될 수 있음을 밝혔다. The safety of a tunnel as a part of the infrastructure should be secured against long-term serviceability. Thus the repair and rehabilitation work must be followed by the appropriate safety diagnosis. In this study, safety of the tunnel is evaluated. Damages of a tunnel are detected numerically and represented by quantified indices. In general, tunnels are buried in soil or rock, which makes it difficult to detect internal damages. Therefore the modal perturbation method is applied to tunnel lining and dynamic characteristic values, the basic input data of the modal perturbation method, are acquired using impact load. By comparing the difference of dynamic characteristic values between the design section and the damaged section, the locations and the magnitudes of damages are predicted. The characteristic values are obtained by the eigen analysis. In order to perform the eigen analysis for the case of underground structures, such as tunnel lining, finite element and boundary element coupling analysis is utilized. The thickness and the material properties of local point in the concrete lining are evaluated by the impact echo test. It is determined from the influence analysis of the measurement errors on the prediction results, that the primary factor is the location of the measuring points. And the material properties of the surrounding soil are estimated inversely by the developed prediction procedure. In conclusion, the developed damage prediction model using the modal perturbation method can effectively predict the damage location and magnitude in a tunnel. And the developed procedure can be applied as a non-destructive method for evaluating the safety of tunnels.

Development of Evaluation System for Wrinkle, Fuzz, and Color of Fabrics

진용철 부산대학교 대학원 2008 국내석사

사람들은 보통 드라이어에서 옷을 건조시킨 후에 pilling, 수축, 촉감, 색상 등의 변화를 시각 또는 촉각으로 인지하고 옷이 손상되었다고 판단한다. 그 손상이 크다고 인식할 경우 소비자들의 드라이어의 사용은 현저하게 줄어들어 드라이어의 시장성에 심각한 타격을 줄 것이다. 따라서 드라이어를 통해 발생할 수 있는 옷감의 손상을 평가하고 그 손상메커니즘을 규명하여 드라이어에 의한 옷감 손상을 최소화하여 드라이어의 시장성에 기여하고자 한다. 그러나 기존의 평가방법은 대부분 주관적인 평가에 의존하고 있다. 구김의 경우 AATCC 또는 AHAM 법과 같이 replica와 샘플을 비교하여 판정하는 비교판정법에 의해 이루어지고, 필링의 경우 시험편과 필링판정 표준사진과의 비교판정을 행한다(JIS). 이러한 주관적인 방법은 인간의 감정과 환경변화에 큰 영향을 받는다. 이러한 방법으로는 체계적이고 과학적인 평가가 매우 힘들다. 따라서 새로운 종합평가장비를 개발하고, Visual C++를 이용한 Image Analysis프로그램을 개발하여 본 연구목적에 부합하는 객관적이고 정량적인 종합평가시스템을 구축하였다. 이러한 종합평가시스템을 이용하여 옷감 손상에 영향을 미치는 인자(건조 온도, 시간 등)의 최적화에 관한 연구를 수행하였다. 실험방법은 크게 2가지로 나누어 볼 수 있다. 첫 번째 실험은 3가지 건조 온도(high, medium, ultralow)에서 9시간 동안의 옷감 손상을 측정하였고, 두 번째 실험은 첫 번째 실험 결과에 따라 각각의 옷감 손상 측정값의 격차를 크게 하기 위해 2가지 건조 온도(high, ultralow)에서 시간을 조금 더 늘린 54시간 동안의 옷감 손상을 측정하였다. 1차 실험에서 광원의 조도가 일정하지 않아 측정값의 신뢰성이 떨어졌는데 LED를 이용하여 그 문제를 해결하였다. 비록 LED 또한 시간이 지남에 따라 조도가 떨어지는 문제점을 가지고 있지만 일정하게 떨어지므로 3시간 경과후의 측정값은 신뢰성을 가질 수 있었다. Computer와 LED를 연계하여 일정한 조도가 나올 수 있는 feedback시스템을 구축할 경우 측정값에 대한 신뢰성은 더욱 커질 수 있으나 추후에 연구할 예정이다. 옷감 손상의 평가항목은 크게 구김, 표면에 남아 있는 Fuzz 및 표면에서 이탈된 Fuzz, Color, 수축, 표면특성(KES-FB system)이었다. 구김은 FFT를 이용하여 AATCC의 Replica를 판정한 후 그 기준에 따라 샘플의 구김 등급을 객관적으로 판정하였다. 건조 온도와 관계없이 건조 시간에 따라 표면의 Fuzz 양의 변화는 거의 일어나지 않으며 초기 상태보다 약간 증가하였지만, 표면에서 이탈된 Fuzz의 양은 낮은 건조 온도보다 높은 건조 온도에서 많았다. 표면특성인 MIU와 SMD 또한 건조 온도에 관계없이 건조 시간에 따라 거의 변화하지 않았다. Y-shirts의 DSC 측정결과 Tm 및 ΔH값의 변화가 크지 않아 융점(약 250℃부근)이하의 열에 의해서는 결정구조의 변화에 영향을 주지 않음을 알았다. 반면, Color의 항목인 M.Hue, M.Brightness, M.Saturation은 건조 시간에 따라 증가하였고, M.Hue 경우 건조 온도에 따른 측정값의 격차가 있었다. 수축은 낮은 건조 온도보다 높은 건조 온도에서 더욱 많이 일어났으며 특정 시점에서 다시 이완하였다. 이로 미루어 건조 온도와 관계없이 건조 시간에 대해 표면에 남아 있는 Fuzz양의 변화는 크지 않으며 소비자들이 느끼는 옷감의 감촉에도 큰 영향을 주지 않는다. 하지만 건조 온도에 따라 색상값과 이탈된 Fuzz의 양은 차이를 보여주고 있고, 이탈된 Fuzz의 양은 수축 평가항목에서 특정시점에서 이완하는 결과에 기여할 가능성도 있다. 드라이어의 건조 온도에 의해서 표면에서 떨어져 나가는 양 및 수축, 색상에 영향을 미칠지 모르나 표면에 남아 있는 Fuzz 양의 변화에는 큰 영향을 미치지 않고 오히려 드라이어 내부와 옷의 마찰에 의한 옷감 손상이 더 크다고 할 수 있다. 따라서 소비자들이 옷감의 손상으로 느끼는 Fuzz에 초점을 맞출 경우 온도에 의한 손상은 크지 않은 것으로 보이므로 건조 온도에 영향을 미치는 인자(수축, 색상, 이탈되는 Fuzz)를 제어하여 드라이어에 의한 옷감 손상최소화를 달성 할 수 있다. 또한, 더욱 많은 건조 시간에서의 Fuzz의 변화량도 간과 할 수 없다.

신경망을 이용한 골조구조물의 손상평가

박창희 韓南大學校 大學院 2001 국내석사

최근 노후 구조물이 점차 늘어가고 있으며 이러한 구조물에 대한 구조적 안정성 검토가 시급히 요구되고 있는 실정이다. 이런 구조물들에 대한 보수가 이루어지지 않는다면 구조물 파괴를 가져올 우려가 있으며, 파괴로 진전된다면 큰 피해가 일어날 것이다. 따라서, 구조물 안정성 검토가 필요한 노후 구조물에서 적절한 보수를 하기 위해서는 구조물에서의 손상위치와 정도를 파악하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 3차원 골조구조물의 일부분에 존재하는 손상정도와 위치를 알아내기 위해 인공신경망을 사용하였다. 골조구조물에 충격하중을 재하하여 얻은 가속도 응답을 신경망 입력으로 사용하였으며, 부재의 손상은 단면적 감소로 가정하였다. 신경망 학습자료는 구조해석을 통해 얻은 자료와 모형실험을 통해 얻은 자료를 사용하였다. 시뮬레이션을 이용한 방법과 모형실험을 이용한 방법으로 손상평가를 수행하여 실제 구조물에 대한 적용가능성을 살펴보았다. 손상평가를 수행한 결과 시뮬레이션을 이용한 손상평가에서는 모든 부재에 대해서 손상위치와 정도를 잘 예측하였다. 반면에, 모형실험을 이용한 손상평가에서는 부재의 손상정도를 정확히 예측하지 못하였으나, 부재의 손상위치는 비교적 잘 예측하였다. 따라서, 신경망을 이용한 골조구조물의 손상평가는 아직까지는 완전하지 않으나 적용가능성이 있는 것을 알 수 있었다. The stability assessments of existing structures are recently more required as the number of deteriorated structures are increased. The structures may fall into failure without adequate retrofits, and it in turn will lead to disaster. It is therefore very important to locate damages and to evaluate the degree of damages for appropriate retrofits of the deteriorated structures if they are judged to be strengthened after their stability assessments. An Artificial Neural Network(ANN) is used in this study to locate the damages and to evaluate the degree of damages of a 3-D framed structure. The acceleration values obtained by applying an impact load on the structure were used as input data for the ANN. The damages were modeled by reduction of sectional area of structural elements. The output data from the numerical simulations and the model test were used to train the ANN. The possibility of its application to the real 3-D structures was investigated by analyzing the results of the damage assessments carried out by the numerical simulations and the model tests, respectively. The damage assessment results by the numerical simulations could predict the exact locations of the damages and showed good agreement on the degree of the damages for all elements. On the other hand, the results of the model tests were not in as good agreement as those by the numerical simulations on the degree of the damages though the locations of the damages were relatively well predicted. Therefore, it may be concluded that the damage assessmets using ANN can be adopted to evaluate the stability of framed structures even though further researches are needed.

사장교의 케이블 손상 검출을 위한 CIMD 손상평가 기술 개발

고병찬 건양대학교 2021 국내석사

케이블은 사장교의 구조적 안정을 담당하는 요소로써 수시로 상태가 파악되어야 하며 만약 문제가 생겼을 때는 신속하게 보수할 수 있도록 유지관리해야 한다. 본 연구에서는 무손상 데이터와 손상 데이터를 비교하고 분석해 손상을 평가하고 손상의 위치를 검출할 수 있는 손상평가 기술을 개발하였다. 무손상 데이터는 현장에서 계측으로 획득하기에는 큰 어려움이 있어 구조해석을 통해 구조물의 기본적인 정보를 추출하고 상태공간방정식을 생성해 이론적으로 계산하였으며, 계측으로 획득한 손상 데이터와 CIMD 이론으로 계산해 비교함으로써 손상의 위치를 검출하고자 했다. 개발한 손상평가 기술의 성능을 검증하기 위해 2가지 유형의 모형 사장교를 제작하였고 이를 대상으로 손상실험을 진행했다. 손상실험에 사용된 사장교는 2면 배치 사장교와 1면 배치 사장교, 2가지 사장교(A-type, B-type)를 대상으로 진행했으며, 각 사장교를 대상으로 100% 장력을 손실시켜 실험을 진행하였다. A-type 사장교의 경우에는 거더에 센서를 부착하였고, B-type 사장교의 경우에는 거더에 부착한 실험 케이스와 주탑에 부착한 실험 케이스로 나누어서 손상실험을 진행하였다. 검증 실험 결과, 데이터의 변화량의 패턴으로 손상된 케이블의 위치를 대략적으로 파악할 수 있는 근거를 발견할 수 있음을 확인하였다.

System identification 기법을 이용한 RC beam의 손상탐지에 관한 실험적 연구

정인근 중앙대학교 2004 국내박사

본 논문에서는 system identification 기법을 이용하여 RC 보의 손상 정도와 손상의 크기를 이산균열에 대하여 방안을 제시 하였다. 우선 단일 균열에 대한 손상의 정도와 위치를 추정하기 위해서 정적,동적으로 모의해석을 수행하였다. 정적인 방법에 의한 손상탐지는 대상 기준 구조물을 설정하고 특정요소에 대하여 인위적인 손상(강성의 감소)을 설정한 후 유한요소 프로그램을 통하여 하중에 따른 변위를 측정한다. 여기에서 얻은 변위를 SI프로그램의 입력데이터로 사용하여 손상탐지 해석을 수행한다. 동적해석에 대한 부분은 유한요소 해석을 통하여 대상 기준 구조물의 고유진동수와 모드형상을 측정한다. 정적해석과 마찬가지로 이들 데이터를 SI프로그램의 입력데이터로 사용하여 손상탐지 해석을 수행한다. 단일 균열에 대한 손상지수(Damage Index)와 손상정도(Damage Severity)는 손상탐지 프로그램을 통하여 현 구조물의 상태에 대한 손상여부와 위치 및 손상정도에 대한 판단이 가능하다. 그러나 실내실험을 통하여 하중 재하에 따라서 RC보에 발생되는 이산 균열에 대하여서는 이들 프로그램만을 통하여 손상에 대한 규명을 하기에는 손상지수의 수치에 대한 일관성을 발견하기가 어렵다. 이에 따라서 이산 균열이 발생되는 경우 최초 초기 재하 시험을 통하여 기준모델을 설정하고 육안 관찰을 통하여 균열의 유무를 관찰한다. 균열이 발생하였다면 균열의 범위와 깊이에 따라서 손상의 범위를 설정한다. 이때의 설정 기준은 하중이 재하 되어도 균열이 발생하지 않는 초기 1단계와 균열의 최초 발생하는 단계인 2단계, 균열의 폭이 하중의 크기에 따라서 일정한 선형성을 띠는 3단계와 철근이 항복하기 시작해서 완전히 항복하는 4단계로 구분하였다. 또한 각각의 균열단계마다 각 절점에서 변위를 측정하고 이들 변위를 입력 데이터로 사용하여 손상의 정도(damage severity)와 손상의 위치(damage index)를 평가한다. 그렇지만 이산균열에 대해서는 위의 손상지수 수치들이 정확히 일치하지 않으므로 이에 대한 보완이 요구된다. 이를 위해서 실제 손상된 실험체의 균열 크기와 균열 폭을 수치해석의 결과와 조합하여 이산균열이 발생되는 구조물에 대하여 손상에 대한 종합적 평가 및 상태를 진단 하였다. 이에 사용되는 값으로는 국부적 손상(DL)과 전체적 손상(DG)으로서 구분하였다. 또한 DL 과DG를 이용 함으로서 현재의 구조물의 상태에 대한 평가를 정의할 수 있으며 현구조물에 대한 추후 발생될 손상에 대해서도 예측이 가능하다.

누설자속 탐상 기반 와이어로프 자동 손상 평가를 위한 신호처리 및 패턴인식 알고리즘 통합화 연구

김주원 성균관대학교 일반대학원 2017 국내박사

와이어로프는 무거운 중량을 안전하게 운반하는 승강기 및 크레인과 같은 다양한 분야에 핵심적으로 사용되고 있다. 하지만 이러한 와이어로프 부재는 사용 환경의 특성상 단선, 부식과 같은 국부적인 손상이 발생할 수 있고, 인장력을 받고 있는 와이어로프 부재의 손상부는 응력의 집중으로 인해 손상이 빠르게 확장되어 구조물 전체의 안전에 심각한 위협을 줄 수 있다. 따라서 이와 같은 국부손상을 발생초기에 정확이 진단하여 대응할 수 있는 적절한 비파괴 검사(NDE: Non-destructive evaluation) 기술이 필요하다. 본 연구에서는 강자성체로 이루어진 연속체 구조물의 NDE에 효과적인 누설자속(MFL: Magnetic flux leakage) 탐상 기법을 활용하여 와이어로프에 발생한 국부손상을 진단하고자 하였다. 이를 위해 와이어로프의 자기이력곡선을 측정하여 자기적 물성치를 획득하였고, 이를 반영한 시뮬레이션 작업을 통한 수치적 설계를 통해 다채널 누설자속 센서헤드를 제작하였다. 이로부터 계측되는 누설자속 신호를 활용한 손상평가의 정확도 향상을 위해 힐버트 변환(HT: Hilbert transform) 및 웨이블렛 변환(WT: Wavelet transform)을 포함하는 신호처리 과정을 거쳐 신호의 해상도를 향상시켰다. 객관적인 손상판단을 위하여 통계학적 기반의 일반극치(GEV: Generalized extreme value)분포를 이용한 Outlier analysis를 통해 손상의 유무를 판단하였다. 이어서 손상부에서 발생하는 누설자속 신호의 특성을 다양한 손상지수(Damage index)들을 활용하여 정량화함으로써 단선 및 부식과 같은 손상의 유형별 누설자속 신호 특성을 분석 하였으며 손상의 크기 변화에 따른 손상인덱스의 변화 패턴을 확인 하였다. 위 과정에서 추출된 손상지수들을 복합적으로 활용하여 인공신경망(ANN: Artificial neural network) 및 서포트백터머신(SVM: Support vector machine) 패턴인식 알고리즘을 학습시켰고, 이를 단계적으로 활용하여 와이어로프 국부손상의 유형 및 크기를 자동 진단할 수 있도록 하였다. 또한 손상평가 결과를 와이어로프의 형상과 유사하게 시각화 하여 나타냄으로써 직관적인 손상정보의 전달이 가능하게 하였다. Steel wire ropes are an essential component used in elevators and cranes that are used for lifting and hoisting. However, local cross-sectional damage in a wire rope due to friction, impact, and corrosion can occur. Such damage is not easily detected due to the features of the wire rope such as its complex cross-section and long length. However, these defects can expand quickly due to tension of wire rope, and it can lead to crashing of the lifting structure and structural failure. Thus, it is very important to detect any defects on the wire rope at the early stage to prevent these accident. In this study, a magnetic flux leakage (MFL) method that is known as a suitable non-destructive evaluation (NDE) method for continuum ferromagnetic structures was applied to detect damage for inspecting the steel wire rope. To verify the feasibility of the MFL technique for wire rope inspection, A multi-channel MFL sensor head that can maintain the constant lift-off was fabricated using Hall sensors and permanent magnets to adapt to the target wire rope. It designed based on the result of magnetic simulation using measured magnetic hysteresis curve (B-H curve) of wire rope. To proof the proposed damage detection method through the experimental studies, several types of artificial damage were formed on wire rope to prepare the damaged wire rope specimen. The fabricated MFL sensor head scanned the damaged specimens to measure the magnetic flux signals. After obtaining signals, a series of signal processing process including the enveloping process based on Hilbert transform(HT) and wavelet transform(WT) was performed to clarify the MFL signals by reducing the noise. The enveloped signals were then analyzed for objective damage detection by comparing with a threshold value that was established based on generalized extreme value (GEV) distribution. For improvement of quantitative analysis, new damage indexes that utilize the relationship between the enveloped MFL signal and the threshold value were additionally proposed. By using the proposed damage indexes and the general damage index for the MFL method, the detected MFL signals from each damage type were quantified. Supervised learning-based multi-stage pattern recognition method using extracted multi-scale damage indexes was implemented for automated damage evaluation. To classify the type of damage, support vector machine(SVM) method was applied. Then, artificial neural network(ANN) method was utilized to estimate the size of damage. Finally, the result of the automated damage evaluation were visualized into a 3D model similar with a wire rope for convenient wire rope monitoring.