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표제지
목차
논문요약 11
제1장 서론 13
1.1. 연구배경 13
1.2. 연구목적 15
1.2.1. 원전 증기발생기 전열관 ECT 신호모사 기법 15
1.2.2. 원전 증기발생기 전열관 복합구조물 내의 결함 검출을 위한 주파수혼합기법 16
1.2.3. 실험계획법을 이용한 ECT 조건 최적화 기법 16
1.3. 관련연구 16
1.3.1. ECT 신호모사 기법 연구 17
1.3.2. ECT 주파수혼합기법 연구 17
1.3.3. 실험계획법을 이용한 최적화 기법 연구 18
1.4. 논문의 구성 19
제2장 원전 증기발생기 전열관 ECT 신호모사 기법 25
2.1. 개요 25
2.2. FEM을 이용한 ECT 신호모사 기법 연구 27
2.2.1. FEM의 기본과정 27
2.2.2. OPERA-3D를 이용한 구조물 (Support ring) 신호예측 38
2.3. VIM을 이용한 ECT 신호모사 기법 연구 41
2.3.1. 전자기장 기본 방정식 42
2.3.2. 체적 적분 방정식의 전개 43
2.3.3. 체적 적분 방정식의 요소 분할과 해 44
2.3.4. 탐촉자 응답 모델 45
2.3.5. Vic-3D를 이용한 결함신호 모사 47
2.3.6. Vic-3D를 이용한 Bobbin검사용 교정시험편 신호예측 49
2.4. 요약 52
제3장 원전 증기발생기 전열관 복합구조물 내의 결함검출을 위한 주파수혼합기법 71
3.1. 개요 71
3.2. 주파수혼합기법 72
3.2.1. 선형의 원리 (Linearity Principle) 72
3.2.2. 주파수혼합기법의 원리 72
3.3. 주파수혼합기법을 위한 최적화알고리즘 75
3.3.1. 최적화기법의 개요 75
3.3.2. Time-domain 최적화 기법 76
3.3.3. DCT-domain 최적화기법 82
3.4. 주파수혼합기법을 이용한 신호평가 85
3.4.1. 실험신호의 정보 85
3.4.2. 주파수혼합기법 평가 86
3.4.3. 주파수혼합기법에 의한 지지구조물 신호의 제거 87
3.5. 요약 88
제4장 실험계획법을 이용한 ECT 조건 최적화 기법 104
4.1. 개요 104
4.2. ECT 실험 조건 설계 105
4.2.1. ECT 탐촉자 설계 105
4.2.2. ECT 탐촉자 설계변수 106
4.2.3. ECT 결함 설계변수 107
4.3. 다구치 방법을 이용한 ECT 최적조건 분석 108
4.3.1. 다구치 방법 108
4.3.2. 다구치 방법을 이용한 ECT 탐촉자 최적조건 110
4.4. 요약 112
제5장 결론 및 향후 연구과제 126
5.1. 결론 126
1) 원전 증기발생기 전열관 ECT 신호모사 기법 연구 126
2) 원전 증기발생기 전열관 복합구조물 내의 결함 검출을 위한 주파수혼합기법 연구 126
3) 실험계획법을 이용한 ECT 조건 최적화 기법 연구 127
5.2. 향후 연구과제 127
참고문헌 129
ABSTRACT 134
Table 4-1. Design parameters of bobbin probe coil 115
Table 4-2. Design parameters of ASME standard tube 115
Table 4-3. Composition of defects for simulation 119
Table 4-4. Full factorial experiment 120
Table 4-5. Fractional factorial design 120
Table 4-6. The number of experiment 121
Table 4-7. L9(3⁴) orthogonal array table and experimental layout(이미지참조) 123
Table 4-8. The result of S/N ratio and Means for each experiment 123
Table 4-9. The response table of S/N ratio 125
Table 4-10. The response table of Mean 125
Fig. 1-1. Nuclear power plants in Korea 21
Fig. 1-2. Nuclear Steam Supply System 22
Fig. 1-3. A Schematic of steam generator (KSNP: CE Model) 23
Fig. 1-4. Objectives of the study 24
Fig. 2-1. Representative setup for eddy current testing [44] 53
Fig. 2-2. A Schematic of the basic process of FEM 54
Fig. 2-3. Support plate simulated signal using the Opera-3D 55
Fig. 2-4. Design of tube support simulation ring [45] 56
Fig. 2-5. A flow energy for 2 coils 57
Fig. 2-6. A flow energy for a coil 58
Fig. 2-7. A flow energy for 2 coils (opposition direction) 58
Fig. 2-8. A flow energy for 2 coils (equal direction) 58
Fig. 2-9. Distribution of eddy current around support plate with 2 coils 59
Fig. 2-10. Support plate signals 60
Fig. 2-11. Defect or inhomogeneity in a host material of uniform conductivity 61
Fig. 2-12. Discontinuity for defect in solid 61
Fig. 2-13. Layer setting in VIC-3D 62
Fig. 2-14. Specification of transmit and receive coil 62
Fig. 2-15. Setting of flaw 63
Fig. 2-16. Input table 64
Fig. 2-17. A schematic of the ASME standard tube [45] 65
Fig. 2-18. Meshing for flaw B 66
Fig. 2-19. Bobbin probe for U-bend [45] 67
Fig. 2-20. Edit filter 68
Fig. 2-21. Simulated 68
Fig. 2-22. ASME standard tube and bobbin probe for the experiment 69
Fig. 2-23. Simulated signals using VIC-3D 70
Fig. 2-24. Experimental signals (S/N Z-19770) 70
Fig. 3-1. Linear principle [34] 89
Fig. 3-2. Subtraction of undesirable noise [34] 89
Fig. 3-3. A schematic representation of the mixing algorithm 90
Fig. 3-4. Subtraction of unwanted signal [34] 91
Fig. 3-5. Combination system [34] 92
Fig. 3-6. DCT coefficients for a support plate signal 93
Fig. 3-7. Inverse DCT for a support plate signal 94
Fig. 3-8. Parameters used in bobbin coil eddy current testing 95
Fig. 3-9. Experimental signals from the support ring without flaw at the testing frequencies of (a) 400kHz, (b) 100kHz 96
Fig. 3-10. Experimental signals from the support ring with a 100% TWH at the testing frequencies of (a) 400kHz, (b) 100kHz 97
Fig. 3-11. Experimental signals from the support ring with a 80% FBH at the testing frequencies of (a) 400kHz, (b) 100kHz 98
Fig. 3-12. Experimental signals from the support ring with a 60% FBH at the testing frequencies of (a) 400kHz, (b) 100kHz 99
Fig. 3-13. Experimental signals from the support ring with a 40% FBH at the testing frequencies of (a) 400kHz, (b) 100kHz 100
Fig. 3-14. ECT signals of defects of ASME standard tube 101
Fig. 3-15. Phases of signals of only defect and defect with support ring 102
Fig. 3-16. Comparison of mixing algorithms and commercial software result for a 100% TWH and various defects 103
Fig. 4-1. The procedure of DOE 113
Fig. 4-2. Coil cross section and dimensions used for analytical calculation [44] 114
Fig. 4-3. Design of bobbin probe [42] 114
Fig. 4-4. Comparison experiment with simulation (0.4mm Coil-gap) 116
Fig. 4-5. Comparison experiment with simulation (1.2mm Coil-gap) 116
Fig. 4-6. Comparison experiment with simulation (2.0mm Coil-gap) 117
Fig. 4-7. Comparison experiment with simulation (2.8mm Coil-gap) 117
Fig. 4-8. Shapes of defects for crack-like flaws 118
Fig. 4-9. The result of simulation (OD Axi.) 122
Fig. 4-10. Main effects plot for (a) S/N ratios (b) Mean of each parameter 124
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원전 증기발생기 전열관의 복합구조물 지역에서 보빈(bobbin) ECT 탐촉자를 통해 획득되는 복합신호의 특성은 탐촉자의 특성과 함께 탐촉자에 인가된 주파수에 따라 변화하게 된다. 뿐 만 아니라, 복합신호로부터 분리되는 결함신호의 특성도 또한 탐촉자의 특성과 시험주파수에 따라 변화한다. 따라서, 복합지역에 발생한 결함의 검출능을 향상시키고, 결함평가의 정밀도를 향상시키기 위해서는 최적화된 조건하에서 신호를 획득하고, 또한 최적화된 절차를 따라 주파수혼합이 이루어져야 하는데 현재 국내 ECT 기술은 미국 등 선진국에 의존하여 이러한 기법에 대한 체계적인 연구가 아직까지 수행된 바가 없기 때문에, 이에 대한 기법의 개발이 시급한 실정이다.
본 연구에서는 원전 증기발생기 전열관의 복합구조물 영역에 발생하는 결함들의 특성을 분석하여 수치적 시뮬레이션을 이용한 복합신호 모사기법을 확립하고, 복합 신호에서 결함신호만을 분리하는 주파수혼합기법을 정립한 후, 보빈(Bobbin) ECT 프로브를 이용하여 전열관을 검사할 때, 결함 검출능을 극대화시킬 수 있는 최적의 ECT조건을 설정하는 기법을 정립하고자 하였다.
본 연구의 주요 성과는 다음과 같다.
1) ECT 신호를 분석하기 위해서는 대상체의 다양한 결함에서의 획득된 신호들이 필요하지만, mock-up 등을 제작하는 비용이 많이 소요되고, 비효율적이므로 수치해석적 시뮬레이션 프로그램을 활용하여 ECT 신호를 모사한 후, 다양한 신호해석에 활용하였다.
2) 원전 증기발생기 지지구조물 영역에서 획득되는 복합신호 분석을 위한 주파수혼합기법들을 제안하고 이를 실제 원전 증기발생기 전열관의 신호에 적용함으로서 신뢰성을 확인하였다.
3) 원전 증기발생기 전열관 ECT 최적 조건을 연구하기 위해서는 ECT 탐촉자 특성(코일간격, 주파수 등)과 결함 특성(위치, 크기 등)의 변화를 통한 다양한 실험이 필요하지만, 수치적 시뮬레이션 및 실험계획법을 이용하여 최적 조건을 찾고, 실험에 소요되는 시간과 비용을 저감시키는 방법을 제안하였다.
본 연구를 통해 개발된 기법 및 알고리즘들은 원전 증기발생기 전열관 ECT 자동평가 프로그램 및 한국형 원전 증기발생기 전열관 ECT 탐촉자 제작에 활용되고 있다.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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