ECT 센서 마찰 시뮬레이션 검토

ECT 시뮬레이션 진행중

날짜: 2026-04-12
작성자: 최원재
프로젝트: 데이터과학 기반 차세대 비파괴검사 기술개발

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목적

곡관(curved pipe) 내부에 ECT 보빈 센서를 삽입할 때, 센서 및 케이블과 파이프 내벽 간 마찰에 의한 전진 속도를 예측하기 위한 시뮬레이션 방법을 검토한다.

검사 조건

항목	값	비고
관 내경 (ID)	12 mm	Inconel 690
관 곡률 반경	~1 m	완만한 곡관
보빈 외경 (OD)	10 mm	-
간극 (Clearance)	~1 mm	(ID - OD) / 2
구동 방식	푸셔 가스 (N2)	Zetec PM-3A

시뮬레이션 도구 검토

1차 선택: ABAQUS

가장 적합한 도구로 판단됨. 이유는 다음과 같다.

• 보빈 센서: 강체(rigid body) 모델링 (자체 변형 무시)
• 케이블: 빔 요소(B31 또는 PIPE31) 모델링
• 곡관: 내경 12mm 강체 쉘(R3D4) → 계산 비용 절감
• 접촉 조건: 쿨롱 마찰 모델 적용
• Solver: Explicit (접촉 수렴 안정성)

마찰 계수 참고값

조건	마찰 계수 ($\mu$)
건조 (금속-금속)	0.2 ~ 0.4
윤활 적용 시	0.05 ~ 0.15
실제 검사 환경 (추정)	0.1 ~ 0.2

해석적 사전 검토: Capstan Equation

FEA 전에 간단한 사전 계산 수행 가능:

$$T_{out}=T_{in}\cdot e^{\mu \theta }$$

여기서:

• $T_{in}$: 입력 장력 (푸셔 가스 힘)
• $T_{out}$: 곡관 통과 후 필요 장력
• $\mu$: 마찰 계수
• $\theta$: 곡관의 감긴 각도 (radian)

주요 관찰 사항

핵심 포인트

간극이 1mm로 작기 때문에, 곡관에서 보빈이 외측 벽면에 밀착되는 쐐기(wedging) 효과가 발생할 수 있음. 다만 곡률 반경이 1m로 크므로 심각하지는 않을 것으로 예상.

주의사항

S자 연속 곡관의 경우, 케이블이 내벽 양쪽을 번갈아 누르면서 마찰이 급증할 수 있음. 실제 세관 배열 확인 필요.

TODO

• [ ] Inconel 690 - 센서 외장재 간 마찰 계수 문헌 조사
• [ ] Capstan equation으로 사전 계산 수행
• [ ] ABAQUS 모델 세팅 시작
• [ ] 실제 삽입 실험 데이터와 비교 검증 계획 수립

참고문헌

1. Kim et al., "Friction analysis of ECT probe insertion in SG tubes," NDT&E International, 2023.
2. ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section V, Article 8.

관련 노트

• 04/10 - 곡관 보빈 삽입 실험
• 04/11 - PAUT 솔루션 성능 검증

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다음 단계: Capstan equation 사전 계산 → ABAQUS 모델링