Optimal Conditions Analysis of Phased Array Ultrasonic Transducers for Railway Wheel Defect Detection Using CIVA Simulation

고속철도의 안전한 운영을 위해 철로 및 고속철도 부품의 효율적 유지보수는 필수적이다. 고속 철도 유지 보지보수 항목 중, 철도 차륜의 내부 결함은 대규모 인명 피해를 유발할 수 있는 탈선 사고의 주요 원인 중 하나이다. 본 연구에서는 고속철도 차륜의 효율적인 결함 탐상을 위해 위상배열 초음파 탐상(Phased Array Ultrasonic Testing, PAUT) 기술을 적용하였다. 이를 위해 CIVA 소프트웨어를 이용하여 차륜의 기하학적 형상에 적합한 중심주파수 1.25, 2.25 ㎒를 갖는 위상배열 초음파 변환자를 설계한 다음, 다양한 FBH(Flat-bottomed hole)과 SDH(Side Drilled Hole) 인공결함에 대하여 위상배열 탐상 시뮬레이션을 수행하였다. 최종적으로, 본 연구에서 설계된 위상배열 초음파 탐촉자를 이용한 인공결함 탐상결과, 제시된 모든 인공결함을 성공적으로 탐상하였으며, 특히 차륜 림과 웹 연결부에서 0.2 ㎜ 직경의 미세 SDH(Side Drilled Hole) 결함까지 탐상할 수 있었다.