본 논문에서는 비선형 초음파 기법을 이용하여 SUS316L 재료 시편에서의 피로열화를 평가한 연구의 결과를 보고한다. 초음파의 비선형성은 입사 주파수 성분의 크기와 2차 고조파 성분의 크기 비로 정의되는 상대적 비선형 파라미터에 의해 측정된다. 실험을 위해 접촉식 탐촉자를 이용한 계측시스템을 구성하였으며, 안정된 비선형 파라미터의 측정이 가능하도록 계측시스템 자체에서 발생되는 고조파 성분을 억제하고 계측 조건이 일관되게 유지되도록 하였다. 시편으로는 SUS316L 재료의 두 가지 피로열화 시편이 사용되었다. 하나는 봉형으로 회전굽힘피로를 가한 시편이고, 다른 하나는 판형으로 인장피로를 가한 시편이다. 피로조건은 모두 고주기 피로에 해당한다. 전자는 피로가 누적되는 과정에서 비선형 파라미터가 어떻게 변화하는지를 관측하는데 이용되었고, 후자는 피로를 가한 후 피로응력이 집중되는 위치와 그 외 위치에서의 비선형 파라미터의 차이를 관측하는데 이용되었다. 측정결과 비선형 파라미터는 두 가지 시편 모두에서 피로도와 강한 상관성을 갖는 것으로 나타났다.
This study evaluated the fatigue degradation in a SUS316L specimen using the nonlinear ultrasonic method. The nonlinearity of the ultrasonic wave was estimated by a relative nonlinear parameter defined as the ratio of the amplitudes for the fundamental wave to the second harmonic wave. In the experiment, a measurement system with contact transducers was constructed; reliable measurements were assured by keeping measurement conditions consistent and reducing extra harmonics generated in the measurement system. Two types of SUS316L specimen were used in experiments; a rotating bar fatigue specimen and a tensile fatigue specimen. The fatigue condition used was high cycle fatigue. The former specimen had a cylindrical shape and was used to observe the change in the nonlinear parameter after fatigue accumulation in a specimen. The latter was a plate-shaped specimen and was used to confirm the change in the nonlinear parameter at the position where the fatigue stress was concentrated. The measured nonlinear parameter showed a strong correlation to the damage level in both fatigue tests.
