저주파수 대역의 진동 차단을 위한 진동 메타물질 설계
Design of vibration meta-material for vibration isolation in a low frequency range
초록/요약
본 논문에서는 진동 메타 물질을 이용하여 저주파 영역에서 진동을 차단하는 필터의 새로운 설계 방법을 제안한다. 저주파수 진동은 인체에 구토와 현기증 등의 건강 문제를 일으키며 이로 인해 저주파 대역의 진동차단 대책이 요구된다. 그러나 동흡진기를 사용하는 기존의 진동 연구는 0 Hz와 차단 주파수 사이의 차단대역을 만들 수 없다. 따라서 본 논문에서는 진동 메타 물질을 이용한 새로운 진동 필터를 제안을 통해 이를 해결하고자 한다. 새로운 필터 구조는 두 가지 요소로 구성된다. 첫 번째 요소는 구조 요소이며 두 번째 요소는 음향 요소이다. 각 요소서 얻어진 전달행렬을 이용하여 전체 필터 시스템에 대한 전달행렬 T를 계산할 수 있다. 전달행렬 T를 이용하여 Bloch phase를 계산되며 Bloch phase의 허수부를 이용하여 차단 주파수 대역을 예측할 수 있다. 본 논문에서는 3 가지 내용으로 진행할 것이다. 첫째, 제안 된 필터의 Bloch phase를 이론적으로 계산하고 Bloch phase와 진동 차단 주파수 대역 사이의 관계를 검증하기 위해 Bloch phase과 진동전달율을 비교한다. 둘째, 이론식의 타당성을 검증하기 위해 이론적인 결과와 FE 모델의 계산 결과를 비교한다. 마지막으로 실제 제작된 필터시스템의 실험결과로 제안 된 시스템이 이론과 같은 진동 차단 현상을 발생시키는지 검증할 것이다. 주제어: 진동메타물질, 저주파 필터, 전달행렬, 진동전달율
more목차
제 1장 서론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 내용 4
제 2장 시스템 구성요소 5
2.1 구성요소(Element) 정의 5
2.2 구성요소의 고유 주파수 계산 5
제 3장 장 구조-음향 반복 진동 메타 물질 이론 식 계산 7
3.1 시스템 정의 7
3.2 단위체(Unit Cell)의 특성 행렬 8
3.3 Bloch phase 유도 13
3.4 진동전달율(Transmisibility) 계산 14
제 4장 제안된 시스템 해석 18
4.1 이론모델의 Bloch Phase 고찰 18
4.2 Case Study 20
4.2.1 구조질량(m_n)의 영향 20
4.2.2 구조 강성(s_n)의 영향 22
4.2.3 음향 매질 물성치(ρ_a,c)의 영향 23
4.2.4 음향 공동 길이(l)의 영향 25
제 5장 유한요소 모델을 통한 이론 식 검증 27
5.1 유한요소 모델 설명 27
5.2 유한요소 모델의 Bloch Phase 계산 28
5.3 반복 배열체의 진동전달율 해석 31
5.4 강체벽 경계조건의 오차 고려 33
제 6장 실험을 통한 이론 식 검증 38
6.1 실험 모델 설명 38
6.2 철판의 고유 주파수 측정 및 등가 물성치 추출 39
6.3 반복 배열체의 진동전달율 실험 47
제 7장 결론 49
제 8장 참고문헌 51
