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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김대현
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수41
이 논문의 연구 히스토리 (3)
2013
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본 논문은 광섬유 브래그 격자(fiber Bragg grating, FBG) 센서를 이용한 태양광 발전 비행기 복합재 날개의 구조 건전성 모니터링(structural health monitoring, SHM)에 관한 연구를 보여준다. 본 연구에서는 복합재 외팔보를 이용한 기초 실험과 태양광 발전 비행기 복합재 날개의 구조 시험을 수행하였다. 기초 실험에서는 우선 태양광 모사 환경에서 온도에 의한 변형률의 영향을 제거하기 위해 온도 보상된 변형률 측정에 관한 실험을 수행하였다. 그리고 William L. Ko 등에 의해 제안된 처짐 방정식을 이용하여 복합재 외팔보의 처짐 형상 측정에 관한 검증 실험을 수행하였다. 실험 결과 상온에서 FBG 변형률 센서와 스트레인 게이지(electrical strain gage, ESG)가 동일한 크기의 변형률이 측정됨을 확인하였고, FBG 변형률 센서 주변의 온도가 상승하는 환경에서 FBG 온도 보상 센서를 함께 둘 경우 측정 변형률의 온도 보상이 성공적으로 수행됨을 확인할 수 있었다. 또한 처짐 방정식을 이용해서 실제 복합재 보의 형상과 유사한 형태임을 알 수 있었으며, 보정 이후에는 정확한 크기로도 측정 가능함을 확인할 수 있었다. 구조 시험에서는 39개의 태양전지가 부착된 길이 3465mm의 태양광 발전 비행기 복합재 날개를 사용하였다. 본 시험을 위해서 날개에 FBG 변형률 센서와 FBG 온도 보상 센서 그리고 FBG AE(acoustic emission) 센서를 부착하였으며, 또한 측정 변형률과 처짐 형상을 비교하기 위해 ESG와 변위 센서(deflection transducer)를 부착하였다. 시험 방법으로는 태양광을 모사한 환경에서 추와 도르래를 이용하여 날개에 단계별로 하중을 부가하였고 날개에서 발생하는 변형률과 손상 신호 그리고 처짐 형상을 실시간으로 측정하였다. 먼저 변형률 모니터링 결과 날개 앞면에서는 측정 지점 L2에서 FBG 변형률 센서로 최대 -1002.38이 측정되었으며, 전체적으로 FBG 변형률 센서와 ESG로 측정된 변형률이 유사한 거동을 보임을 확인하였다. 그리고 시험 도중 날개에 부착된 스트링거에서 발생한 손상에 대해서도 측정되는 변형률의 변화를 관찰함으로써 날개의 손상 여부를 알 수 있었으며, AE 신호의 도달 시간을 측정함으로써 손상 위치도 추정할 수 있었다. 또한 처짐 방정식을 이용하여 측정된 날개의 처짐 형상이 실제 처짐 형상과 유사한 형태임을 알 수 있었으며, 보정을 통해 실제와 동일한 크기를 갖는 처짐 형상이 측정 가능함을 확인할 수 있었다. 따라서 이러한 연구 결과를 통해서 FBG 센서를 이용한 태양광 발전 비행기 복합재 날개의 구조 건전성 모니터링이 가능함을 확인할 수 있었다.
목차
1. 서론 12. 광섬유 브래그 격자 센서 42.1 광섬유의 구조 42.2 광섬유 브래그 격자 52.2.1 광섬유의 광민감성 52.2.2 광섬유 브래그 격자의 제작 방법 62.2.3 광섬유 브래그 격자 센서의 측정 원리 73. 복합재 외팔보를 이용한 기초 실험 103.1 광섬유 브래그 격자 센서의 온도 보상 변형률 측정 103.2 복합재 외팔보의 처짐 형상 측정 133.2.1 처짐 방정식 이론 133.2.2 검증 실험 164. 태양광 발전 비행기 복합재 날개의 구조 시험 214.1 시험 구성 214.2 시험 방법 244.3 변형률 모니터링 264.4 손상 및 위치 모니터링 314.5 처짐 형상 모니터링 375. 결 론 45참고문헌 47영문초록(Abstract) 50감사의 글
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