비선형 유도 초음파의 준정적 성분 기반 다층 접착 구조물의 탈착 결함에 관한 수치적 연구 = Numerical Analysis of Adhesive Joint Defects in Layered Structures Based on Quasistatic Components of Nonlinear Guided Waves

국문 초록 (Abstract)

다층 접착 구조물은 경량화, 응력 분산 및 높은 구조적 강도를 제공하여 항공우주, 자동차, 건설 등 다양한 공학 분야에서 활용된다. 접착 계면의 탈착이 발생할 경우 구조적 성능 저하가 우려되므로 이를 정확히 평가하는 기술이 필요하다. 기존의 선형 초음파 기법은 탈착 검출에 한계가 있어 비선형 초음파 기법이 대안으로 주목받고 있다. 본 연구에서는 ABAQUS를 사용하여 알루미늄-에폭시-알루미늄 구조를 모델링하고, 재료 비선형성을 고려한 시뮬레이션을 통해 비선형 유도 초음파의 2차 고조파와 준정적 성분(Quasistatic Component, QSC)의 유효성 비교를 수행하였다. 가진 주파수는 분산 곡선 분석을 통해 위상 일치를 보장하는 주파수로 선정하였고, 이는 2D FFT 파수-주파수 스펙트럼을 통해 검증하였으며, QSC는 S0 모드에 대응하는 것을 확인하였다. 탈착 크기가 증가할수록 QSC 및 2차 고조파의 상대 음향 비선형성이 함께 증가하는 경향을 보였다. 또한, 주파수가 높아질수록 전파 거리가 증가함에 따른 고조파의 감쇠는 증가하는 반면, QSC의 감쇠는 낮아지는 현상이 확인되었고, 이는 QSC의 감쇠 재료에서의 장거리 전파 가능성을 보여준다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Multilayer adhesive structures, offering advantages such as low weights, stress distribution, and high structural strength, are essential in various engineering fields, including aerospace, automotive, and construction. When adhesive interfaces experience delamination, their structural performance deteriorates, necessitating precise evaluation techniques. Nonlinear ultrasound methods have emerged as promising alternatives to conventional linear ones, which exhibit limitations in delamination detection. In this study, an aluminum-epoxy-aluminum structure was modeled using ABAQUS and nonlinear-induced ultrasound, including second harmonic and quasistatic components (QSCs), and the effectiveness was compared through simulations considering material nonlinearity. Excitation frequencies were selected to ensure phase matching, which was verified through 2D fast Fourier transform wavenumber-frequency spectra, with QSCs corresponding to the S0 mode. As the debonding size increased, both the relative acoustic nonlinearity of the QSC and the second harmonic increased. Additionally, as the frequency increased, harmonic attenuation due to propagation distance increased, whereas QSC attenuation decreased. This phenomenon indicates the potential for long-distance propagation of QSCs in attenuative materials.