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압전 특성을 이용한 구조물 부재의 응력측정
Stress Measurement of Structural Member Using Piezoelectric Property

임은상    (한국수자원공사 수자원연구원 댐기술연구소   ); 김태훈    (대우건설 기술연구소  );
  • 초록

    본 연구에서는 압전 특성과 표면전위계를 이용한 응력측정 방법을 제안하였다. 다시 말하면 이 응력측정방법은 압전소자에서 발생한 전위를 표면전위계로 측정하게 하는 방법으로서, 이 표면전위는 구조물 부재의 변형률에 비례한다는 특성을 이용하여, 구조물 부재의 각 위치에서의 발생하는 응력을 변형률로부터 계산할 수 있게 된다. 또한, 구조물 부재의 응력분포를 보다 간편하게 구하기 위해서 비접촉 측정법을 이용한 응력분포 측정 Tape를 제작하였다. 특히, 이 Tape는 균열이나 홈과 같이 이상응력 발생 가능한 위치에서의 ${\sigma}_x$ , ${\sigma}_y$ , ${\tau}_{xy}$ 의 응력을 측정 뿐만 아니라 국부 응력해석에 활용되었고 그 적용성을 검토하기 위해서 홈이 있는 실험편에 대해서 반복하중 시험결과와 FEM 해석의 결과와 비교 분석하였다.


    A stress measurement method of structural member using piezoelectric property and electrostatic voltmeter is presented. The electric potentials of the surface of the piezoelectric element, which are proportional to the strain ${\varepsilon}$ on the structural member, are measured by an electrostatic voltmeter during load cycling. The stress ${\sigma}$ is calculated by this strain ${\varepsilon}$ . Moreover, a stress distribution measurement tape which can be used for the stress distribution measurement along a specified line on the surface of structural member is developed, and the surface potential was measured by an electric static voltmeter of non-contact type. The applicability of the stress distribution measurement tape is examined through experiments using a notched specimen under cyclic loading. The measured distributions of x, y and xy are compared with those calculated by FEM analysis.


  • 주제어

    응력측정방법 .   응력분포측정 Tape .   압전 특성 .   표면전위계 .   PVDF필름.  

  • 참고문헌 (5)

    1. ?Fujimoto Y, Shintaku E, Pirket G, Liu G., "Piezoelectric sensor for stress intensity factor measurement of two dimensional cracks." Eng Fract Mech. Vol.70, 2003, pp. 1203-1218. 
    2. Katsumi K, Biwa S, Matsumoto E, Shibata T., "Measurement of static strain distribution using piezoelectric polymer film (Principle and application to a holed plate)." Solid Mechanics and Material Engineering, Series A, JSME International Journal. Vol. 42, NO. 1, 1999, pp. 11-16. 
    3. Liu G, Fujimoto Y, Shintaku E, Wakabayashi S, Masaguchi T, Komatsubara N., "Application of PVDF film to stress measurement of structural member." Journal of the Society of Naval Architects of Japan. Vol. 192, 2002, pp. 591-599. 
    4. Ikeda T. "Fundamentals of piezoelectricity." NY: Oxford Univ. Press, 1990. 
    5. Egashira K & Shinya N., "Local strain sensing using piezoelectric polymer", Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 4, 1993, pp. 558-560. 

 저자의 다른 논문

  • 임은상 (8)

    1. 2004 "경화 모래의 파괴 특성에 대한 시료 및 입자의 크기 영향" 韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society 20 (7): 45~55    
    2. 2008 "복통을 갖는 저수지의 결함 조사 및 보수보강 방안" 구조물진단학회지 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance Inspection 12 (2): 75~82    
    3. 2009 "대형삼축시험에 의한 상사입도 조립재료의 변형 및 전단강도 특성" 韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society 25 (12): 57~67    
    4. 2009 "필댐의 거동분석을 위한 실험 및 수치해석" 전산 구조 공학 = Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea 22 (4): 19~26    
    5. 2009 "3차원 스캐너를 활용한 댐 안전관리 적용사례" 地盤 : 한국지반공학회지 25 (10): 21~34    
    6. 2012 "압밀도 및 치환율 변화에 따른 미관통 SCP 지반의 압밀해석" 한국토목섬유학회 논문집 = Journal of the Korean Geosynthetics Society 11 (2): 11~20    

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