혼돈 민감도 기반 비선형 초음파 시계열 식별 및 U71Mn 레일강 피로 검출에의 응용

본 연구에서는 혼돈 민감도에 기반한 비선형 초음파 시계열 식별 방법을 제안하였다. Duffing 혼돈 시스템을 약한 2차 고조파 식별에 도입하여 U71Mn 강의 피로 손상 조기 검출 및 정량적 평가를 실현하였다. 우선, 비선형 초음파 검사 신뢰성 확보를 위해 프로브 압력 모니터링 장치를 설계하였다. 압력 안정성 실험을 통해 16 N을 최적 압력으로 결정하였으며, 이는 접촉 비선형 간섭을 효과적으로 억제하고 결합 안정성을 보장한다. 이후 Duffing 혼돈 검출 시스템을 구축하였다. 시간-스케일 변환을 통해 신호-시스템 주파수 매칭 문제를 해결하였고, 위상 순회 보상을 활용해 미지 초기 위상 문제도 해결하였다. 혼돈 시스템의 특정 주파수 신호에 대한 민감도와 잡음 내성에 기반해, 대상 신호의 기본파 및 2차 고조파 진폭을 정량화하여 비선형 계수를 계산하였다. 실험 결과, 제안한 방법이 기존 주파수 영역 기법이 가진 스펙트럼 누출 문제를 극복하여 시간 영역에서 직접 진폭을 효과적으로 추출함을 입증하였다. U71Mn 강의 비선형 계수는 피로 손상 증가에 따라 '이중 피크' 특성을 나타내며, 첫 번째 피크는 약 50% 피로 수명, 두 번째는 약 80%에서 나타난다. 이 현상은 내부 피로 균열 전파의 뚜렷한 단계와 밀접히 연관되며, 복잡한 손상 진화 메커니즘을 반영한다. 본 연구는 약한 비선형 신호의 정밀 추출을 위한 새로운 방법을 제공하며, U71Mn 레일강의 정확한 피로 수명 예측을 위한 중요한 이론적 및 실험적 기초를 확립한다.