Recently, Structural health monitoring and damage detection has received a considerable amount of interest. Also many detecting techniques have been developed for a few decades. In order to use these various damage detection methods in real structures, it is important to know the characteristics and applicability of them. In this study, methods using natural frequency, mode shape and wave propagation are compared experimentally for their application.
For the experimental comparison, three damage detection methods are tested with the same damage cases and environmental conditions. Aluminum beams, 40mm wide and 4mm thick with a clear span of 600mm under fixed-free boundary conditions are used. Damages are given at three different locations, 1/4, 2/4, 3/4 of the beam length starting from the fixed end. The damage sizes are 5%, 10%, 20% and 30% at each damage location.
Unlike numerical calculation of the compared methods, it is hard to detect small damages by any compared method because of practical and technical problems. Some errors are unavoidable and some others can be reduced by changes of experimental setup. These factors of errors are also discussed in this study.
최근 구조물의 손상추정 방법에 관한 관심이 높아지고 있고, 이에 따라 많은 기법들이 연구, 개발되어 왔다. 이러한 기법들을 실제 구조물에 적용 하기 위해서는 각 기법들의 장,단점 및 특성을 파악하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 실제 적용에 중점을 두고 여러 가지 손상추정 방법을 실험을 통해 비교 하게 된다. 일반적으로 널리 알려져 있고, 실험이 가능한 대표적인 3가지 방법인 고유 진동수를 이용한 방법, 모드형상을 이용한 방법, 파동의 전파를 이용한 방법을 선택하여 실험을 수행하고, 그 결과로 세 방법의 성능을 비교한다.
길이 600mm, 폭 40mm, 두께 4mm인 알루미늄 켄틸레버 빔이 실험에 사용되었다. 손상의 형태는 빔 폭의 감소(강성의 감소)로 주어지며 그 크기는 5%, 10%, 20%, 30%이다. 손상의 위치는 고정단에서 빔 길이의 1/4, 2/4, 3/4위치에 주어진다.
고유진동수를 이용한 방법은 간단한 실험으로 결과를 얻을 수 있다. 그러나 20% 이내의 작은 손상은 찾아내기 어려울 뿐더러, 큰 손상이라 하더라도 위치를 정확히 찾아낼 수 없다는 단점이 있다. 실제 구조물에 적용 할 경우에는 온도 변화에 의한 오차가 큰 문제점으로 작용한다. 모드형상을 이용한 방법은 이론적으로는 미소한 손상의 위치도 정확히 찾아 낼 수 있다. 그러나 실제 실험에서는 많은 시간과 노력을 투자하더라도 정확한 손상을 찾아내기 어렵다는 단점이 있다. 실제 구조물의 모드형상을 구하는 것 또한 쉽지 않으므로 비경제적인 방법이다. 파동의 전파를 이용한 방법은 지지조건이나 외부 하중에 민감하다는 단점이 있다. 그러나 아주 간단한 실험으로 큰 손상의 위치를 정확히 찾아 낼 수 있었다.
