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SUMMARY

목차

CONTENTS 24

제1장 서론 54

제1절 연구 목적 54

제2절 연구 필요성 54

1. 비접촉 레이저응용 기술에 의한 원전기기 잔류응력 해석 및 비파괴검사 기술개발 55

2. 원전기기 결함의 예측 및 평가 기술개발 55

제3절 연구내용 및 범위 56

1. 비접촉 레이저응용 기술에 의한 원전기기 잔류응력 해석 및 비파괴검사 기술개발 57

2. 원전기기 결함의 예측 및 평가 기술개발 58

제2장 국내외 기술개발 현황 60

제1절 국외 현황 60

1. 비접촉 레이저응용 기술에 의한 원전기기 잔류응력 해석 및 비파괴검사 기술개발 60

2. 원전기기 결함의 예측 및 평가 기술개발 61

제2절 국내 현황 62

1. 비접촉 레이저응용 기술에 의한 원전기기 잔류응력 해석 및 비파괴검사 기술개발 62

2. 원전기기 결함의 예측 및 평가 기술개발 62

제3장 연구개발수행 내용 및 결과 64

제1절 주요 연구수행 내용 64

1. 비접촉 레이저응용 기술에 의한 원전기기 잔류응력 해석 및 비파괴검사 기술개발 64

2. 원전기기 결함의 예측 및 평가 기술개발 65

제2절 비접촉 레이저응용 잔류응력 해석 및 비파괴검사 기술개발 67

1. 기초실험 및 윈전 배관계통 결함 원인 분석 67

2. 측정 분해능 향상 기술 개발 108

3. 용접부 잔류응력해석 기술 개발 117

4. 배관 감육결함 측정 및 크기 정량화 기술 개발 144

5. 세부과제별 자료 공유를 통한 결과 비교/분석 203

6. 레이저응용 기술을 이용한 원전기기 비파괴검사 기준 제시 206

제3절 원전기기 결함의 예측 및 평가 기술개발 210

1. 1차계통 용접부 및 감육곡관에 대한 자료 확보 및 결함 특성 분석 210

2. 인공지능을 이용한 원전 기기 건전성 예측기법 개발 220

3. 인공지능 기법을 이용한 감육곡관 붕괴모멘트 예측 231

4. 인공지능 기법을 이용한 용접부 잔류응력 분포 및 크기 예측 247

5. 감육곡관 손상시험 261

6. 감육부 국부손상기준 개발 293

7. FE 해석을 통한 감육곡관 손상거동 평가 및 손상압력 평가 모델 개발 324

제4장 목표 달성도 및 관련분야의 기여도 360

제1절 목표 달성도 360

1. 비접촉 레이저응용 잔류응력 해석 및 비파괴검사 기술개발 360

2. 원전기기 결함의 예측 및 평가 기술개발 362

제2절 관련 분야 기여도 364

1. 비접촉 레이저응용 잔류응력 해석 및 비파괴검사 기술개발 364

2. 원전기기 결함의 예측 및 평가 기술개발 364

제5장 연구개발결과의 활용계획 365

제1절 비접촉 레이저응용 잔류응력 해석 및 비파괴검사 기술개발 365

제2절 원전기기 결함의 예측 및 평가 기술개발 365

제6장 참고문헌 366

표 3.2.1.1. 45도 경사 크랙 평판 재료의 기계적 물성 68

표 3.2.1.2. 레이저응용 비파괴 계측 기술의 적용 가능 분야 107

표 3.2.3.1. 하중차 변화에 따른 ESPI 위상지도 138

표 3.2.3.2. 하중변화에 따른 응력 및 변형률 변화 141

표 3.2.4.1. 감육결함 주변 변형률 해석에 사용된 시험편의 설계치 164

표 3.2.4.2. 감육결함의 형상 예측을 위해 사용된 모사시험편의 종류 169

표 3.2.4.3. 결함 조건별 시험편의 종류 177

표 3.2.4.4. 최소 두께별 시험편 측정 실험에서 구해진 결함의 크기 및 실제값과의 오차 181

표 3.2.4.5. IR 열화상 시스템의 특기사항 187

표 3.2.4.6. 직관 감육결함 시험편 187

표 3.2.4.7. 결함길이별 시험편에 대한 결함길이 측정결과와 실제값과의 비교 195

표 3.2.4.8. IR 열화상 측정 실험에 사용된 직관 감육결함 시험편 종류 196

표 3.2.4.9. 결함길이별 Dual-Beam SSI와 IR 열화상 시스템 측정 결과 비교 199

표 3.2.4.10. SSI 측정 결과와 곡면 형상 보정 알고리즘을 적용한 후 복원된 결과와의 비교 202

표 3.2.5.1. 감육결함 주변 변형률 해석에 사용된 시험편의 설계치 204

표 3.2.5.2. 감육곡관 시험편에 가해지는 내압의 압력차에 따른 응력 204

표 3.2.5.3. 직관 감육결함 시험편의 종류 206

표 3.3.1.1. Feeder관의 기하학적인 형상 분류 216

표 3.3.1.2. 곡관 유형별 외호면의 두께 측정 분포 217

표 3.3.3.1. 붕괴모멘트 예측에 이용된 감육곡관의 상태 232

표 3.3.3.2. 퍼지 모델을 이용한 붕괴 모멘트의 예측 결과 235

표 3.3.3.3. SVR 모델을 이용한 붕괴 모멘트의 예측 결과 238

표 3.3.3.4. FSVR 모델을 이용한 붕괴 모멘트의 예측 결과 242

표 3.3.3.5. 감육곡관 붕괴모멘트에 대한 불확실도 분석 결과 245

표 3.3.4.1. 용접부 잔류 응력 예측을 위해 이용된 입력자료 248

표 3.3.4.2. 퍼지 모델을 이용한 내부면의 잔류응력 분포의 예측결과 252

표 3.3.4.3. 퍼지 모델을 이용한 중심부의 잔류응력 분포의 예측결과 253

표 3.3.4.4. SVR 모델을 이용한내부면 경로에 따른 잔류응력 분포의 예측결과 256

표 3.3.4.5. SVR 모델을 이용한 중심부 경로에 따른 잔류응력 분포의 예측결과 256

표 3.3.4.6. 용접부 잔류응력에 대한 불확실도 분석 결과 259

표 3.3.5.1. 곡관손상 시험용 배관 재료의 인장물성치 (CMTR 자료) 262

표 3.3.5.2. 곡관손상 시험용 배관 재료의 화학조성(CMTR 자료) 262

표 3.3.5.3. 예비해석에서 고려된 감육 결함의 형상 264

표 3.3.5.4. 각 응력기준에 해당하는 감육 결함 최심부의 평균 등가응력 266

표 3.3.5.5. 손상시험에서 고려된 시험조건 (설계치) 279

표 3.3.6.1. 결함부의 최소 두께 및 실험 및 예측에 의한 손상입력 298

표 3.3.6.2. Round 노치시편의 형상 309

표 3.3.6.3. Grooved 평판시편 설계를 위한 고려된 변수들 318

표 3.3.6.4. 손상기준에 의한 Grooved 평판시편의 최대하중 예측 결과와 시험 결과의 비교 324

표 3.3.7.1. 변수 해석을 위한 해석 조건 338

그림 3.2.1.1. 45도 경사 크랙 평판 시험편 68

그림 3.2.1.2. 전단간섭계를 이용한 45도 경사 크랙 스테인레스강 평판 시험편의 크랙 검사 실험 과정 68

그림 3.2.1.3. 전단간섭계를 이용한 면 직각방향 힘에 의한 결함 검출 실험 결과 69

그림 3.2.1.4. 전단간섭계를 이용한 면 직각방향 열하중에 의한 결함 검출 실험 결과 70

그림 3.2.1.5. 물체의 표면 변위에 대한 ESPI와 전단간섭법의 위상지도(phase map) 결과 비교 71

그림 3.2.1.6. 자체 제작한 압력용기 시뮬레이터 형상 및 내부결함의 크기와 위치 71

그림 3.2.1.7. 압력용기 내부 결함의 크기 결정 72

그림 3.2.1.8. 전단량의 변화에 따른 간섭 줄무늬 Phase Map의 변화 73

그림 3.2.1.9. 전단량의 변화에 따른 측정된 내부결함의 크기 변화 추이 73

그림 3.2.1.10. 결함의 깊이가 2 mm일 때의 내압의 변화에 따른 간섭 줄무늬 Phase Map의 변화 74

그림 3.2.1.11. 결함의 깊이가 3 mm일 때의 내압의 변화에 따른 간섭 줄무늬 Phase Map의 변화 74

그림 3.2.1.12. 전단량의 변화에 따른 측정된 내부결함의 크기 변화 추이 74

그림 3.2.1.13. 전단방향의 변화에 따른 간섭 줄무늬 Unwrapped Phase Map의 변화 75

그림 3.2.1.14. 각 전단방향에 따른 결함의 정량평가 75

그림 3.2.1.15. 바이스를 이용한 압력용기 시뮬레이터의 내부 결함 검출 실험 76

그림 3.2.1.16. 전단간섭계를 이용한 압력용기 시뮬레이터의 면 직각방향 열하중에 의한 결함 검출 실험 결과 77

그림 3.2.1.17. 원주방향으로 가로와 세로로 결함이 존재하는 탄소강 배관 용접 시험편 78

그림 3.2.1.18. 배관 용접 시험편에 대한 압축하중을 이용한 내부 결함 검출 실험 78

그림 3.2.1.19. 압력용기 79

그림 3.2.1.20. In-plane ESPI를 이용한 압력용기 측정과정 80

그림 3.2.1.21. In-plane ESPI를 이용한 축방향 5 mm 길이의 내부 Crack을 가진 압력용기 80

그림 3.2.1.22. In-plane ESPI를 이용한 축방향 10 mm 길이의 내부 Crack을 가진 압력용기 81

그림 3.2.1.23. In-plane ESPI를 이용한 축방향 15 mm 길이의 내부 Crack을 가진 압력용기 81

그림 3.2.1.24. In-plane ESPI를 이용한 축방향 20 mm 길이의 내부 Crack을 가진 압력용기 82

그림 3.2.1.25. In-plane ESPI를 이용한 축방향 25mm 길이의 내부 Crack을 가진 압력용기 82

그림 3.2.1.26. In-plane ESPI를 이용한 원주방향 5 mm 길이의 내부 Crack을 가진 압력용기 83

그림 3.2.1.27. In-plane ESPI를 이용한 원주방향 10 mm 길이의 내부 Crack을 가진 압력용기 83

그림 3.2.1.28. In-plane ESPI를 이용한 원주방향 15 mm 길이의 내부 Crack을 가진 압력용기 84

그림 3.2.1.29. In-plane ESPI를 이용한 원주방향 20 mm 길이의 내부 Crack을 가진 압력용기 84

그림 3.2.1.30. In-plane ESPI를 이용한 원주방향 25 mm 길이의 내부 Crack을 가진 압력용기 85

그림 3.2.1.31. Out of plane ESPI 구성 86

그림 3.2.1.32. Out-of-plane ESPI를 이용한 축방향 5 mm 길이의 내부 Crack을 가진 압력용기 86

그림 3.2.1.33. Out-of-plane ESPI를 이용한 축방향 10 mm 길이의 내부 Crack을 가진 압력용기 87

그림 3.2.1.34. Out-of-plane ESPI를 이용한 축방향 15 mm 길이의 내부 Crack을 가진 압력용기 87

그림 3.2.1.35. Out-of-plane ESPI를 이용한 축방향 20 mm 길이의 내부 Crack을 가진 압력용기 88

그림 3.2.1.36. Out-of-plane ESPI를 이용한 축방향 25 mm 길이의 내부 Crack을 가진 압력용기 88

그림 3.2.1.37. Out-of-plane ESPI를 이용한 원주방향 5 mm 길이의 내부 Crack을 가진 압력용기 89

그림 3.2.1.38. Out-of-plane ESPI를 이용한 원주방향 10 mm 길이의 내부 Crack을 가진 압력용기 89

그림 3.2.1.39. Out-of-plane ESPI를 이용한 원주방향 15 mm 길이의 내부 Crack을 가진 압력용기 사진 90

그림 3.2.1.40. Out-of-plane ESPI를 이용한 원주방향 20 mm 길이의 내부 Crack을 가진 압력용기 사진 90

그림 3.2.1.41. Out-of-plane ESPI를 이용한 원주방향 25 mm 길이의 내부 Crack을 가진 압력용기 사진 91

그림 3.2.1.42. 곡관 시뮬레이터의 형상 및 규격 92

그림 3.2.1.43. 곡관 시뮬레이터와 전단간섭계 Setup. 92

그림 3.2.1.44. 전단간섭계를 이용하여 전단 방향을 x, 전단 길이를 x=10 mm, 압력 변화를 5MPa(10→15 MPa)로 설정하여 실험한 변형 측정 결과 93

그림 3.2.1.45. 전단간섭계를 이용하여 전단 방향을 y, 전단 길이를 y=10 mm, 압력 변화를 5MPa(10→15 MPa)로 설정하여 실험한 변형 측정 결과 94

그림 3.2.1.46. 전단간섭계를 이용하여 전단 방향을 xy, 전단 길이를 x=10 mm, y=10 mm, 압력 변화를 5 MPa(10→15 MPa)로 설정하여 실험한 변형 측정 결과 94

그림 3.2.1.47. ESPI 진동 해석 실험장치. 95

그림 3.2.1.48. 스트로보스코프식 ESPI를 이용한 내부 결함이 존재하는 밀폐 압력용기의 진동실험 결과. 공진주파수 3,354 Hz일 때의 진동 모드. 96

그림 3.2.1.49. 스트로보스코프식 ESPI를 이용한 내부 결함이 존재하는 밀폐 압력용기의 진동실험 결과. 공진주파수 6,134 Hz일 때의 진동 모드. 97

그림 3.2.1.50. 스트로보스코프식 ESPI를 이용한 내부 결함이 존재하는 밀폐 압력용기의 진동실험 결과. 공진주파수 14,349 Hz일 때의 진동 모드. 97

그림 3.2.1.51. 시간평균 ESPI를 이용한 내부 결함이 존재하는 압력용기 시뮬레이터의 진동 실험 결과. (a) 1,363 Hz, (b) 3,354 Hz, (c) 3,908 Hz, (d) 6,134 Hz, (e) 6,568 Hz, (f) 7,320 Hz, (g) 8,303 Hz, (h) 9,328 Hz, (i) 9,691 Hz,... 98

그림 3.2.1.52. 시간평균 ESPI를 이용한 내부 결함이 존재하는 압력용기 시뮬레이터의 진동 실험 결과. (a) 12,773 Hz, (b) 13,958 Hz, (c) 14,023 Hz, (d) 14,373 Hz, (e) 14,934 Hz, (f) 15,830 Hz, (g) 18,150 Hz, (h) 18,857 Hz, (i) 18,875 Hz,... 99

그림 3.2.1.53. 내부 결함이 존재하는 압력용기의 Meshed Model. 100

그림 3.2.1.54. 1차 Bending Mode. 101

그림 3.2.1.55. 2차 Bending Mode. 101

그림 3.2.1.56. 3차 Bending Mode. 101

그림 3.2.1.57. 1차 Breathing Mode. 102

그림 3.2.1.58. 2차 Breathing Mode. 102

그림 3.2.1.59. 3차 Breathing Mode. 102

그림 3.2.1.60. Pulse ESPI 시스템. 103

그림 3.2.1.61. 초기 내압을 50 MPa로 주었을 때의 Double Pulse ESPI 실험 결과. 104

그림 3.2.1.62. 초기 내압을 50 MPa로 주었을 때의 Double Pulse ESPI 실험 결과. 104

그림 3.2.1.63. 초기 내압을 50 MPa로 주었을 때의 Double Pulse ESPI 진동 실험 결과. 105

그림 3.2.1.64. 초기 내압을 50 MPa로 주었을 때의 Double Pulse ESPI 진동 실험 결과. 106

그림 3.2.1.65. 초기 내압을 50 MPa로 주었을 때의 Double Pulse ESPI 진동 실험 결과. 106

그림 3.2.2.1. X=I₁-I₄와 Y=I₂-I₃를 이용하여 4개의 스페클 패턴으로부터 구한 세기 차이 분포 110

그림 3.2.2.2. 최소자승 위상 추정법을 이용한 데이터 추정 과정 112

그림 3.2.2.3. 사각 평판의 2차 진동모드에 대한 위상도와 결펼침 이미지 116

그림 3.2.2.4. shear 평판의 면외변형에 대한 위상도와 결펼침 이미지 117

그림 3.2.3.1. 단순한 스프링 모델에 대한 힘-변위 선도 119

그림 3.2.3.2. 면내 변위 계측 ESPI에서 사용된 간섭계와 화상획득 시스템 개략도 122

그림 3.2.3.3. 항복응력이 가해진 시험편의 간섭무늬 124

그림 3.2.3.4. 항복응력이 가해진 시험편의 위상도 124

그림 3.2.3.5. 항복응력이 가해진 시험편의 3D plot 125

그림 3.2.3.6. 제작 시험편의 형상과 치수 및 기계적 성질 126

그림 3.2.3.7. 용접 종류에 따른 잔류응력 비교용 시험편 127

그림 3.2.3.8. 탁상용 소형 인장시험기 128

그림 3.2.3.9. 점가열을 위한 가공용 Nd:YAG 레이저 및 ESPI 구성도 128

그림 3.2.3.10. 항복응력의 90% 예하중이 작용할 때, 냉각시간과 온도에 따른 간섭무늬 패턴 129

그림 3.2.3.11. 점 가열 위치에 따른 위상도 131

그림 3.2.3.12. TIG 용접시험편에 대한 위상 결펼침 이미지 131

그림 3.2.3.13. TIG 용접시험편의 3D Plot 131

그림 3.2.3.14. 뒷면 중앙 가열한 TIG 용접시험편의 위상도 132

그림 3.2.3.15. 뒷면 중앙 가열한 TIG 용접시험편의 결펼침 이미지 132

그림 3.2.3.16. 뒷면 중앙 가열한 TIG 용접시험편의 3D plot 133

그림 3.2.3.17. 레이저 용접시험편에 대한 위상도 133

그림 3.2.3.18. 레이저 용접시험편에 대한 결펼침 이미지 134

그림 3.2.3.19. 레이저 용접시험편에 대한 3D plot 134

그림 3.2.3.20. 용접 종류별 인장 잔류응력 135

그림 3.2.3.21. 시험편의 제작방법 136

그림 3.2.3.22. 제작 시험편의 형상 및 치수 136

그림 3.2.3.23. 실험장치의 구성 개략도 137

그림 3.2.3.24. 시험장치, 시험편 및 센서의 실제 사진 137

그림 3.2.3.25. 변형측정 결과의 3D표현 및 프로파일 139

그림 3.2.3.26. 하중변화에 따른 변형의 변화 139

그림 3.2.3.27. 하중변화에 따른 변형률 140

그림 3.2.3.28. 모재부와 용접부의 변형률 변화 140

그림 3.2.3.29. 모재부와 용접부의 변형률 비율 141

그림 3.2.3.30. 모재부와 용접부의 탄성계수 142

그림 3.2.3.31. 용접부의 잔류응력 측정 결과 143

그림 3.2.4.1. SSI와 ESPI에 의한 표면 변형 측정 결과 144

그림 3.2.4.2. 외부 작용하중에 의한 내부 결함에 대한 표면에서의 변형 145

그림 3.2.4.3. 전단량 변화에 따른 표면 변위와 1차 도함수, 상대변위 분포의 비교 146

그림 3.2.4.4. 내부결함을 갖는 구조물 모델 147

그림 3.2.4.5. 내부결함을 갖는 구조물의 FEM(ANSYS)을 이용한 해석 결과 147

그림 3.2.4.6. 진공상태의 하중이 작용하였을 때, 내부 결함의 변형 148

그림 3.2.4.7. 전단량 변화에 따른 상대 변위량 148

그림 3.2.4.8. 상대 변위량과 결함 크기와의 관계 149

그림 3.2.4.9. 전단량 변화에 따른 내부 결함의 검출 오차 149

그림 3.2.4.10. 전단방향에 따른 상대변위 151

그림 3.2.4.11. 결함 크기와 결함 깊이, 압력 사이의 관계 152

그림 3.2.4.12. 작용하중의 변화에 따른 표면변위분포 153

그림 3.2.4.13. 임계전단량에서 작용하중의 변화에 따른 상대 변위량 분포 154

그림 3.2.4.14. FEM에 의한 내부결함을 갖는 구조물의 전단응력분포 155

그림 3.2.4.15. 내부결함에 대한 표면응력분포 155

그림 3.2.4.16. 감육 곡관 시험편 156

그림 3.2.4.17. 내압시험을 위한 가압장치 156

그림 3.2.4.18. 감육 곡관 시험편의 형상 및 규격 156

그림 3.2.4.19. 곡관 내호면에 감육부가 존재하는 경우의 SSI 실험 결과 157

그림 3.2.4.20. 곡관 외호면에 감육부가 존재하는 경우의 SSI 실험 결과 157

그림 3.2.4.21. 곡관 외호면에 감육부가 존재할 때, x-방향 전단과 내압의 변화에 따른 실험 결과 158

그림 3.2.4.22. 곡관 내호면에 감육부가 존재할 때, x-방향 전단과 내압의 변화에 따른 실험 결과 159

그림 3.2.4.23. 곡관 외호면에 감육부가 존재할 때, y-방향 전단과 내압의 변화에 따른 실험 결과 159

그림 3.2.4.24. 곡관 내호면에 감육부가 존재할 때, y-방향 전단과 내압의 변화에 따른 실험 결과 160

그림 3.2.4.25. 곡관 외호면에 감육부가 존재할 때, xy(-45도)-방향 전단과 내압의 변화에 따른 실험 결과 161

그림 3.2.4.26. 곡관 내호면에 감육부가 존재할 때, xy(-45도)-방향 전단과 내압의 변화에 따른 실험 결과 161

그림 3.2.4.27. 곡관 외호면에 감육부가 존재할 때, 내압의 변화에 따른 실험 결과 162

그림 3.2.4.28. 곡관 감육 결함의 위치에 따른 면외변위 계측실험 결과 162

그림 3.2.4.29. 곡관 감육 결함의 위치에 따른 면내변위 계측실험 결과 163

그림 3.2.4.30. 감육결함 위치에 따른 ESPI 시스템 설치 위치 164

그림 3.2.4.31. SP-4 곡관 감육결함부의 축방향 변형 분포를 보여주는 위상도 165

그림 3.2.4.32. SP-4 곡관 감육결함부의 원주방향 변형 분포를 보여주는 위상도 166

그림 3.2.4.33. 축방향 변형률 분포 167

그림 3.2.4.34. 원주방향 변형률 분포 167

그림 3.2.4.35. SP-15 곡관 감육결함부의 축방향 변형 분포를 보여주는 위상도 167

그림 3.2.4.36. SP-15 곡관 감육결함부의 원주방향 변형 분포를 보여주는 위상도 168

그림 3.2.4.37. 축방향 변형률 분포 168

그림 3.2.4.38. 원주방향 변형률 분포 168

그림 3.2.4.39. 감육결함부의 형상과 결함 가공 위치 169

그림 3.2.4.40. SP-4 시험편의 압력차에 따른 위상도의 변화 및 결함의 축방향 길이 170

그림 3.2.4.41. SP-5 시험편의 압력차에 따른 위상도의 변화 및 결함의 축방향 길이 171

그림 3.2.4.42. SP-15 시험편의 압력차에 따른 위상도의 변화 및 결함의 축방향 길이 172

그림 3.2.4.43. SP-16 시험편의 압력차에 따른 위상도의 변화 및 결함의 축방향 길이 173

그림 3.2.4.44. SP-4 시험편에 x방향으로 전단량을 10mm 주었을 때 압력차에 따른 위상도의 변화 174

그림 3.2.4.45. SP-4 시험편에 y방향으로 전단량을 10mm 주었을 때 압력차에 따른 위상도의 변화 174

그림 3.2.4.46. SP-5 시험편에 x방향으로 전단량을 10mm 주었을 때 압력차에 따른 위상도의 변화 174

그림 3.2.4.47. SP-5 시험편에 y방향으로 전단량을 10mm 주었을 때 압력차에 따른 위상도의 변화 174

그림 3.2.4.48. SP-15 시험편에 x방향으로 전단량을 10mm 주었을 때 압력차에 따른 위상도의 변화 175

그림 3.2.4.49. SP-15 시험편에 y방향으로 전단량을 10mm 주었을 때 압력차에 따른 위상도의 변화 175

그림 3.2.4.50. SP-16 시험편에 x방향으로 전단량을 10mm 주었을 때 압력차에 따른 위상도의 변화 175

그림 3.2.4.51. SP-16 시험편에 y방향으로 전단량을 10mm 주었을 때 압력차에 따른 위상도의 변화 175

그림 3.2.4.52. 직관 모사시험편에 대한 SSI 시스템을 이용한 결함 예측 시스템 구성 176

그림 3.2.4.53. 가공된 감육결함 형상 178

그림 3.2.4.54. SSP-0A 무결함 직관 시험편에 대한 결함 크기 측정 실험 결과 179

그림 3.2.4.55. SSP-2E 시험편(tp=6.3 mm)에 대한 결함 크기 측정 실험 결과 179

그림 3.2.4.56. SSP-2F 시험편(tp=5.4 mm)에 대한 결함 크기 측정 실험 결과 180

그림 3.2.4.57. SSP-2G 시험편(tp=3.6 mm)에 대한 결함 크기 측정 실험 결과 180

그림 3.2.4.58. SSP-2H 시험편(tp=1.8 mm)에 대한 결함 크기 측정 실험 결과 180

그림 3.2.4.59. SSP-2D 시험편(2θ=45°)에 대한 결함 크기 측정 실험 결과 181

그림 3.2.4.60. SSP-2L 시험편(2θ=135°)에 대한 결함 크기 측정 실험 결과 182

그림 3.2.4.61. SSP-2P 시험편(2θ=180°)에 대한 결함 크기 측정 실험 결과 182

그림 3.2.4.62. SSP-1H 시험편(L/DO=0.5)에 대한 결함 크기 측정 실험 결과 183

그림 3.2.4.63. SSP-3H 시험편(L/DO=1.5)에 대한 결함 크기 측정 실험 결과 183

그림 3.2.4.64. SSP-4H 시험편(L/DO=2.0)에 대한 결함 크기 측정 실험 결과 183

그림 3.2.4.65. 위상잠금 IR 열화상 시스템의 신호처리 185

그림 3.2.4.66. 위상잠금 IR 열화상 시스템 구성 개략도 186

그림 3.2.4.67. IR 열화상 시스템 Silver 480 (Cedip사) 186

그림 3.2.4.68. SSP-2H 직관 감육결함 시험편의 유한요소해석 결과 188

그림 3.2.4.69. SSP-0A 직관 시험편에 대한 위상도 189

그림 3.2.4.70. SSP-2G 시험편에 대한 압력차의 변화에 따른 위상도 189

그림 3.2.4.71. SSP-2G 시험편에 대한 압력차의 변화에 따른 결함 측정 결과 190

그림 3.2.4.72. SSP-2H 시험편에 대한 압력차의 변화에 따른 위상도 190

그림 3.2.4.73. SSP-2H 시험편에 대한 압력차의 변화에 따른 결함 측정 결과 191

그림 3.2.4.74. SSP-2D 시험편에 대한 압력차의 변화에 따른 위상도 191

그림 3.2.4.75. SSP-2D 시험편에 대한 압력차의 변화에 따른 결함 측정 결과 192

그림 3.2.4.76. SSP-2P 시험편에 대한 압력차의 변화에 따른 위상도 192

그림 3.2.4.77. SSP-2P 시험편에 대한 압력차의 변화에 따른 결함 측정 결과 192

그림 3.2.4.78. SSP-1H 시험편에 대한 압력차의 변화에 따른 위상도 193

그림 3.2.4.79. SSP-1H 시험편에 대한 압력차의 변화에 따른 결함 측정 결과 193

그림 3.2.4.80. SSP-4H 시험편에 대한 압력차의 변화에 따른 위상도 194

그림 3.2.4.81. SSP-4H 시험편에 대한 압력차의 변화에 따른 결함 측정 결과 194

그림 3.2.4.82. 결함의 길이별 축방향 위상 변화량 비교 195

그림 3.2.4.83. 결함 최소두께별 IR 열화상 측정 결과 196

그림 3.2.4.84. 결함길이별 IR 열화상 측정 결과 197

그림 3.2.4.85. 결함의 최소두께별 온도변화 비교 198

그림 3.2.4.86. 결함길이별 온도변화 비교 198

그림 3.2.4.87. Dual-Beam SSI에 의한 직관의 감육결함 측정 결과 예 199

그림 3.2.4.88. 곡면 형상 보정 알고리즘의 개략도 199

그림 3.2.4.89. 측정점의 위치를 이용한 실제 변형량의 복원. 200

그림 3.2.4.90. SSI를 이용하여 측정한 결함이 없는 직관 시험편 SSP-0A의 표면 변형량 201

그림 3.2.4.91. SSI를 이용하여 측정한 최소두께별 반경방향에서 표면 변형량 비교 201

그림 3.2.4.92. 곡면 형상 보정 알고리즘을 적용한 후 복원된 결과 202

그림 3.2.5.1. 감육곡관의 기하학적 정의 (Kim's Model) 204

그림 3.2.5.2. SP-4 시험편의 변형률 분포 205

그림 3.2.5.3. SP-15 시험편의 변형률 분포 205

그림 3.2.6.1. SSP-2C 직관 감육결함 시험편에 대한 측정 결과 207

그림 3.2.6.2. SSP-2D 직관 감육결함 시험편에 대한 측정 결과 207

그림 3.2.6.3. SSP-1C 직관 감육결함 시험편에 대한 측정 결과 207

그림 3.2.6.4. SSP-1D 직관 감육결함 시험편에 대한 측정 결과 208

그림 3.2.6.5. SSP-2B 직관 감육결함 시험편에 대한 측정 결과 208

그림 3.2.6.6. SSP-1B 직관 감육결함 시험편에 대한 측정 결과 209

그림 3.3.1.1. 원전 1차 계통 용접부의 누설 부위 211

그림 3.3.1.2. PWR 2차 계통 배관의 곡관부 감육 결함 사례 212

그림 3.3.1.3. PWR 원전의 안전등급 배관 곡관부의 감육사례 213

그림 3.3.1.4. CANDU형 원전의 Feeder관 곡관부 213

그림 3.3.1.5. Feeder관의 기하학적 형상 215

그림 3.3.1.6. Feeder관의 굽힘 가공에 따른 곡관부 두께 변화 217

그림 3.3.1.7. 곡관의 거동에 미치는 곡률반경의 영향 218

그림 3.3.1.8. 굽힘각에 따른 곡관의 굽힘거동 219

그림 3.3.1.9. 곡관의 굽힘각에 따른 곡관부의 응력분포 및 크기(내압+굽힘모멘트) 220

그림 3.3.2.1. 퍼지추론 계통 223

그림 3.3.2.2. SVR 모델의 비민감 튜브 (±ε)와 slack variables (ζi and ζj*)(이미지참조) 225

그림 3.3.2.3. 퍼지모델의 자동 최적화 절차 228

그림 3.3.2.4. SVR, FSVR 모델의 자동 최적화 절차 229

그림 3.3.3.1. 감육 결함의 치수 정의 232

그림 3.3.3.2. 외호면 결함에 대한 퍼지 모델의 붕괴 모멘트 예측 에러 233

그림 3.3.3.3. 내호면 결함에 대한 퍼지 모델의 붕괴 모멘트 예측 에러 234

그림 3.3.3.4. 측면 결함에 대한 퍼지 모델의 붕괴 모멘트 예측 에러 234

그림 3.3.3.5. 내호면, 외호면, 측면 결함에 대한 SVR 모델의 예측 성능 236

그림 3.3.3.6. 외호면 결함에 대한 FSVR 모델의 성능 239

그림 3.3.3.7. 외호면 결함에 대한 훈련 데이터의 퍼지 멤버십 등급 240

그림 3.3.3.8. 내호면 결함에 대한 FSVR 모델의 성능 240

그림 3.3.3.9. 측면 결함에 대한 FSVR 모델의 성능 241

그림 3.3.3.10. 퍼지 모델의 감육곡관 외면부의 붕괴모멘트 예측 에러와 예측 구간 243

그림 3.3.3.11. SVR 모델의 감육곡관 외면부의 붕괴모멘트 예측 에러와 예측 구간 244

그림 3.3.3.12. 분석적 방법에 의한 퍼지 모델의 붕괴모멘트 불확실도 분석 246

그림 3.3.3.13. 통계적 방법에 의한 퍼지 모델의 붕괴모멘트 불확실도 분석 246

그림 3.3.3.14. 분석적 방법에 의한 SVR 모델의 붕괴모멘트 불확실도 분석 247

그림 3.3.3.15. 통계적 방법에 의한 SVR 모델의 붕괴모멘트 불확실도 분석 247

그림 3.3.4.1. 용접부내 이종금속 부위와 잔류응력 예측 경로 248

그림 3.3.4.2. 단순한 2개 변수를 갖는 자료에 대한 Cluster Center 249

그림 3.3.4.3. 배관끝단이 구속된 경우 내부면의 잔류응력 예측 성능 (퍼지 모델) 250

그림 3.3.4.4. 배관끝단이 구속되지 않은 경우 내부면의 잔류응력 예측 성능 (퍼지 모델) 251

그림 3.3.4.5. 배관끝단이 구속된 경우 중심부의 잔류응력 예측 성능 (퍼지 모델) 251

그림 3.3.4.6. 배관끝단이 구속되지 않은 경우 중심부의 잔류응력 예측 성능 (퍼지 모델) 252

그림 3.3.4.7. 배관끝단이 구속된 경우 내분면의 잔류응력 예측 성능 (SVR 모델) 254

그림 3.3.4.8. 배관끝단이 구속되지(구속되) 않은 경우 내부면의 잔류응력 예측 성능 (SVR 모델) 254

그림 3.3.4.9. 배관끝단이 구속된 경우 중심부의 잔류응력 예측 성능 (SVR 모델) 255

그림 3.3.4.10. 배관끝단이 구속되지 않은 경우 중심부의 잔류응력 예측 성능 (SVR 모델) 255

그림 3.3.4.11. 내부면에 대하여 배관 끝단이 구속되지 않은 경우 퍼지 모델의 예측 에러 및 예측 구간 257

그림 3.3.4.12. 내부면에 대하여 배관 끝단이 구속되지 않은 경우 SVR 모델의 예측 에러 및 예측 구간 258

그림 3.3.4.13. 분석적 방법에 의한 퍼지모델의 잔류응력 예측 불확실도 분석 259

그림 3.3.4.14. 통계적 방법에 의한 퍼지모델의 잔류응력 예측 불확실도 분석 260

그림 3.3.4.15. 분석적 방법에 의한 SVR 모델의 잔류응력 예측 불확실도 분석 260

그림 3.3.4.16. 통계적 방법에 의한 SVR 모델의 잔류응력 예측 불확실도 분석 261

그림 3.3.5.1. 감육곡관 시편 제작을 위한 곡관 및 직관의 인장시험 결과 263

그림 3.3.5.2. 감육곡관 시편의 형상 264

그림 3.3.5.3. 내압에 따른 감육부의 평균 등가응력 비교 265

그림 3.3.5.4. 결함과 하중에 따른 감육곡관 시편의 하중-변위 거동 265

그림 3.3.5.5. 곡관시험장치 설계도 268

그림 3.3.5.6. 시편이 설치된 감육곡관 손상시험 장치 269

그림 3.3.5.7. 감육곡관 손상시험 장치의 전체 구성도 269

그림 3.3.5.8. 손상시험 장치 성능시험 결과 270

그림 3.3.5.9. 외호면 감육곡관의 결함부 두께측정 결과 271

그림 3.3.5.10. 내호면 감육곡관의 결함부 두께측정 결과 271

그림 3.3.5.11. 외호면 감육곡관의 손상시험 결과 272

그림 3.3.5.12. 내호면 감육곡관의 손상시험 결과 272

그림 3.3.5.13. 외호면 감육곡관의 손상부 관찰 273

그림 3.3.5.14. 내호면 감육곡관의 손상부 관찰 273

그림 3.3.5.15. 굽힘하중 작용을 위한 지그 및 로드 셀과 LVDT설치 275

그림 3.3.5.16. 가공된 곡관시편의 형상 277

그림 3.3.5.17. 감육곡관 시편 결함부 두께 측정 280

그림 3.3.5.18. 감육곡관 손상시험 장면 281

그림 3.3.5.19. 내압에 따른 결함부의 변형률과 굽힘하중 데이터 (SP-6B) 281

그림 3.3.5.20. 감육 결함의 길이에 따른 손상압력 282

그림 3.3.5.21. 감육결함의 깊이에 따른 손상압력 283

그림 3.3.5.22. 감육결함의 원주방향 폭에 따른 손상압력 283

그림 3.3.5.23. 결함이 없는 곡관에서 원주방향 위치에 따른 Hoop 응력의 분포 284

그림 3.3.5.24. 실제 결함 길이를 고려한 위치에 따른 손상압력 비교 285

그림 3.3.5.25. 기존 모델에 의해 예측된 손상압력과 손상시험 결과 비교 287

그림 3.3.5.26. 굽힘하중의 작용에 따른 손상압력 비교 288

그림 3.3.5.27. 작용하중에 따른 곡관 감육부의 원주방향 변형률 비교 289

그림 3.3.5.28. 결함 형상과 위치에 따른 손상 특성 비교 292

그림 3.3.5.29. θ/π=1.0(360°) 감육결함의 곡관부 위치별 원주방향 및 축방향 변형률 비교 293

그림 3.3.6.1. Round 노치 모사시편 294

그림 3.3.6.2. 모사시편의 인장시험 하중-변위곡선 294

그림 3.3.6.3. 적용된 유한요소해석 모델 296

그림 3.3.6.4. 진응력-변형률 곡선 296

그림 3.3.6.5. 노치시편 시험과 유한요소 시뮬레이션의 하중-변위 비교 296

그림 3.3.6.6. 최대 하중과 손상발생에 대한 국부손상기준 297

그림 3.3.6.7. 감육 직관 시편의 형상 298

그림 3.3.6.8. 감육 직관 손상시험 장치 298

그림 3.3.6.9. 감육 직관 손상시험 결과 300

그림 3.3.6.10. 감육 직관 유한요소 모델 301

그림 3.3.6.11. 압력-결함부 등가응력 변화 301

그림 3.3.6.12. 곡관부의 인장시편 채취 위치 302

그림 3.3.6.13. 인장물성치 평가를 위한 인장시편 형상 302

그림 3.3.6.14. 유한요소 시뮬레이션에 적용된 곡관의 위치별 진응력-진변형률 곡선 303

그림 3.3.6.15. 손상시험 시뮬레이션을 위한 유한요소 모델 304

그림 3.3.6.16. 유한요소 시뮬레이션과 손상시험시 측정된 결함부 표면의 원주방향 변형률 비교 305

그림 3.3.6.17. 유한요소 시뮬레이션을 통해 계산된 내압에 따른 감육부의 등가 변형률 306

그림 3.3.6.18. 손상기준에 따른 감육곡관 손상시험 결과와 예측된 손상압력 비교 결과 307

그림 3.3.6.19. Bridgman 식에 의해 계산된 노치반경에 따른 노치부 3축응력 크기 309

그림 3.3.6.20. 설계 가공된 Round 노치시편의 형상 310

그림 3.3.6.21. 전기로 내에 Round 노치시편이 설치된 상태 310

그림 3.3.6.22. Round 노치시편의 시험 후 형상 311

그림 3.3.6.23. Round 노치시편 시험에서 구한 하중-변위 곡선 311

그림 3.3.6.24. 노치반경에 따른 최대하중 비교 311

그림 3.3.6.25. 노치반경에 따른 최종 파단하중 비교 311

그림 3.3.6.26. 노치반경에 따른 최대하중까지의 변위 비교 312

그림 3.3.6.27. 노치반경에 따른 최종파단 변위 비교 312

그림 3.3.6.28. 원전 운전온도와 상온에서 시험된 노치시편 재료의 응력-변형률 곡선 313

그림 3.3.6.29. 하중의 진폭이 관찰된 V-노치시편의 파면 313

그림 3.3.6.30. 유한요소 시뮬레이션에서 입력으로 고려된 진응력-변형률 곡선 314

그림 3.3.6.31. 표준 인장시험 결과와 시뮬레이션에서 주어진 하중-변위 곡선 비교 314

그림 3.3.6.32. 유한요소 시뮬레이션과 시편시험을 통해 구한 Round 노치시편의 하중-변위 곡선 비교 314

그림 3.3.6.33. Round 노치시편 시험과 시뮬레이션 결과의 최대하중 비교 316

그림 3.3.6.34. Round 노치시편 시험과 시뮬레이션 결과의 최종 파단하중 비교 316

그림 3.3.6.35. 원전 운전온도에서 Round 노치시편 시험의 최대하중에 기초한 손상기준 317

그림 3.3.6.36. Grooved 평판시편의 기본 형상 318

그람 3.3.6.37. Grooved 시편의 각 형상별 노치반경에 따른 노치부 3축응력 크기 319

그림 3.3.6.38. Grooved 시편의 각 형상별 노치반경에 따른 최대하중 비교 319

그림 3.3.6.39. 가공이 완료된 Grooved 평판시편의 형상 319

그림 3.3.6.40. 고온 전기로 내에 Grooved 평판시편이 장착된 상태 319

그림 3.3.6.41. 시험이 완료된 Grooved 평판시편 320

그림 3.3.6.42. 원전 운전온도에서 수행된 Grooved 평판시편 시험에서 주어진 하중-변위 곡선 320

그림 3.3.6.43. Grooved 평판시편 시험 결과에서 노치반경에 따른 최대하중 및 최종 파단하중 비교 321

그림 3.3.6.44. Grooved 평판시편 시험 결과에서 노치반경에 따른 최대하중 및 최종 파단까지의 변위 비교 321

그림 3.3.6.45. Grooved 평판시편을 시뮬레이션하기 위한 3차원 유한요소모델 322

그림 3.3.6.46. Grooved 평판시편 시험과 시뮬레이션에서 주어진 하중-변위 곡선 비교 323

그림 3.3.6.47. Grooved 평판시편에(판상시편에) 대한 시뮬레이션 결과로부터 최대하중 예측 323

그림 3.3.7.1. 감육곡관 해석모델과 경계조건 및 하중조건 325

그림 3.3.7.2. 내압에 따른 곡관의 감육 결함부 응력분포 325

그림 3.3.7.3. 감육곡관의 형상 및 결함에 대한 정의 326

그림 3.3.7.4. 원주방향 결함 위치와 곡률반경에 따른 손상압력 327

그림 3.3.7.5. 곡률반경에 따른 곡관 원주방향 위치별 Hoop 응력 변화 327

그림 3.3.7.6. 굽힘각에 따른 감육곡관의 손상압력 변화 328

그림 3.3.7.7. 굽힘각에 따른 건전 곡관의 원주방향 응력분포 변화 328

그림 3.3.7.8. 결함 깊이에 따른 감육곡관의 손상압력 변화 329

그림 3.3.7.9. 원주방향 결함 폭에 따른 감육곡관의 손상압력 변화 329

그림 3.3.7.10. 모멘트-회전 곡선으로부터 곡관의 붕괴모멘트 결정 방법 330

그림 3.3.7.11. 작용 내압에 따른 감육곡관의 붕괴모멘트 변화 331

그림 3.3.7.12. 굽힘에 의한 곡관부의 원주방향 응력분포에 미치는 내압의 영향 332

그림 3.3.7.13. 감육곡관의 붕괴모멘트에 미치는 곡관 굽힘각의 영향 332

그림 3.3.7.14. 감육곡관의 붕괴모멘트에 미치는 곡관 굽힘각의 영향 333

그림 3.3.7.15. 결함 깊이에 따른 감육곡관의 붕괴모멘트 변화 334

그림 3.3.7.16. 결함의 원주방향 폭에 따른 감육곡관의 붕괴모멘트 변화 335

그림 3.3.7.17. 결함길이에 따른 외호면 감육곡관의 붕괴모멘트 변화 336

그림 3.3.7.18. 결함길이에 따른 내호면 감육곡관의 붕괴모멘트 변화 337

그림 3.3.7.19. 내호면 결함의 결함길이에 따른 손상압력 339

그림 3.3.7.20. 내호면 결함의 결함 깊이에 따른 손상압력 340

그림 3.3.7.21. 내호면 결함의 원주방향 결함 폭에 따른 손상압력 341

그림 3.3.7.22. 360° 감육 결함의 결함 길이와 깊이에 따른 손상압력 342

그림 3.3.7.23. 외호면 결함의 결함 길이에 따른 손상압력 342

그림 3.3.7.24. 외호면 결함의 결함 깊이에 따른 손상압력 344

그림 3.3.7.25. 외호면 결함의 원주방향 결함 폭에 따른 손상압력 345

그림 3.3.7.26. 감육곡관의 손상압력에 미치는 Ro/tnom(이미지참조)의 영향 347

그림 3.3.7.27. 기존 손상압력 평가모델과 유한요소해석 결과 비교 348

그림 3.3.7.28. 배관 감육부에서 원주방향 변형률에 대한 축방향 변형률의 비 351

그림 3.3.7.29. 외호면 감육부에서 원주방향 변형률에 대한 축방향 변형률의 비 352

그림 3.3.7.30. 내호면 감육부에서 원주방향 변형률에 대한 축방향 변형률의 비 352

그림 3.3.7.31. 360° 전체가 감육된 곡관의 원주방향 변형률에 대한 축방향 변형률의 비 353

그림 3.3.7.32. 외호면 감육곡관에서 결함의 형상에 따른 εA/εz의 변화 354

그림 3.3.7.33. 내호면 감육곡관에서 결함의 형상에 따른 εA/εz의 변화 356

그림 3.3.7.34. 감육곡관의 Ro/tnom(이미지참조)에 따른 εA/εz의 변화 357

그림 3.3.7.35. 외호면 감육곡관에서 원주방향 균열발생 영역 357

그림 3.3.7.36. 내호면 감육곡관에서 원주방향 균열발생 영역 358

그림 3.3.7.37. 원주방향 전체가 감육된 곡관에서 원주방향 균열발생 영역 358