비전 기반 역하중 식별을 통한 미계측 지점 진동 응답 추정

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확장요약문

디지털 이미지 상관 기법 (Digital Image Correlation, DIC)은 스페클 패턴의 이미지 간의 상관 분석을 통해 표면 변위를 추정하는 비접촉식 Full-Field 계측 기법으로, 센서 부착이 어려운 환경에서도 진동 응답을 계측할 수 있다. 그러나 실제 시험에서는 시야 확보의 한계, 가혹한 운용 조건 등으로 인해 DIC 로도 계측이 어려운 주요 지점이 존재한다. 본 연구에서는 계측 가능한 영역의 DIC 응답으로부터 Inverse Force Identification 을 통해 하중을 추정하고, 모델 업데이팅된 유한요소 모델과 축소 모델을 이용하여 미계측 지점의 진동 응답을 예측하는 기법을 제안한다.

먼저 DIC 를 이용하여 계측 가능한 영역의 동적 응답을 획득하고, 관심 주파수 대역에서 FE 모델과 실험 간의 모델 업데이팅을 진행한다. 계산 효율을 높이기 위해 업데이팅된 FE 모델은 관심 주파수 대역의 지배적인 동적 거동을 보존하는 축소 모델로 변환한다. 이후 DIC 로 계측된 변위 응답으로부터 Inverse Dynamics 를 풀어 가진 하중을 추정하고, 추정된 하중을 축소된 모델의 입력 데이터로 하는 Forward Dynamics 과정을 통해 미계측 지점의 응답을 예측한다.

제안 기법은 접촉식 센서의 수를 늘리지 않고도 관측 가능한 응답 범위를 확장하고, 센서 부가 질량 효과를 줄이며 복잡한 구조물에서의 실험적 제약을 완화한다. 검증을 위해 선택된 지점에서 레이저 변위 센서, 가속도계 등으로 독립적으로 계측한 검증용 응답과 예측 응답을 시간 영역에서 비교하였다. 그 결과, 비전 기반의 Full-Field 변위장과 FE 모델을 결합함으로써 제한된 계측 데이터로부터 미계측 지점의 진동 응답을 신뢰성 있게 예측할 수 있음을 확인하였다.