구조-음향 연성 특성을 고려한 머플러 설계
Optimal design of muffler considering structural-acoustic coupling
- 주제(키워드) 구조-음향 연성 , 머플러 , 투과 손실 , 최적 설계
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 이진우
- 발행년도 2019
- 학위수여년월 2019. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000029023
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 연구에서는 구조-음향 연성(Structural-acoustic coupling) 특성을 고려하여 머플러의 소음 저감 성능을 향상시키기 위해 머플러의 겉면을 최적 설계한다. 머플러는 관(duct) 내 유체의 유동 소음을 줄이기 위해 사용하며, 머플러의 소음 저감 성능은 확장방의 음향 특성에 의해 결정되는 투과 손실(Transmission loss, TL) 값에 의해 평가된다. 경우에 따라 머플러 겉면의 진동이 머플러의 음향 특성을 변화시킨다는 것을 실험을 통해 알 수 있었다. 즉, 구조-음향 연성이 확장방의 음향 특성을 변화시키기 때문에 확장방을 감싸는 머플러 케이스의 진동은 투과 손실 값에 크게 영향을 미친다. 이를 이용하여 머플러의 내부 구조를 변경하지 않고 외부 케이스를 적절히 변경하면 관심 주파수 범위에서 머플러의 투과 손실 값을 증가시킬 수 있음을 의미한다. 이를 확인하기 위해 머플러의 겉면을 설계 영역으로 설정한 구조-음향 연성 머플러를 해석 모델로 선정한다. 이후 구조-음향 연성 머플러의 형상 최적화(Shape optimization) 문제를 정식화하고 머플러의 겉면을 최적 설계한다. 이렇게 설계된 구조-음향 연성 머플러를 실제 제작하여 실험을 통해 검증한다.
more초록/요약
In this work, the cover panel of a muffler is optimally designed to improve its acoustical attenuation performance considering its structural-acoustic coupling characteristics. The muffler is used to reduce the flow noise inside the duct and the noise attenuation performance of the muffler is evaluated by its transmission loss(TL) value, which is determined by the acoustical behavior of its expansion chamber. In some cases, the vibration of the cover panel of the muffler changes the acoustical behavior of its expansion chamber through experiment. That is, the vibrating cover panel enclosing the expansion chamber can strongly affect the TL value of a muffler because the structural-acoustic coupling changes the acoustical characteristics of its expansion chamber. It implies that a proper structural modification can increase the TL value of the muffler in the frequency range of interest without changing the internal structure of the muffler. To confirm this deduction, the structural-acoustic coupled muffler is selected as the analytical model and an acoustic shape optimization problem for muffler design is formulated for a coupled structural-acoustic muffler system and solved for a design condition. Experiments demonstrate the numerical study that shows an interesting result for optimal design of muffler.
more목차
제 1 장 서론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 내용 2
제 2 장 머플러의 음향 특성 3
2.1 머플러의 음향 성능 평가 3
2.2 투과 손실과 고유모드의 관계 5
2.3 해석 머플러의 실험 결과 8
제 3 장 구조 음향 연성 머플러 해석 11
3.1 연성 시스템의 투과 손실과 고유모드 11
3.2 진동에 의한 방사 소음 15
제 4 장 구조-음향 연성 최적 설계 17
4.1 설계 전략 17
4.2 최적 설계 문제 정식화 18
4.3 최적 설계 21
4.3.1 OPT-1 최적 설계 21
4.3.2 OPT-2 최적 설계 24
4.4 최적 설계 결과에 대한 고찰 27
4.4.1 OPT-1 최적 설계 결과에 대한 고찰 27
4.4.2 가중치에 따른 투과 손실 변화 29
4.4.3 알루미늄이 아닌 다른 재질을 사용한 해석 31
4.4.4 상판과 하판을 동시에 고려한 해석 34
제 5 장 실험을 통한 검증 37
5.1 제작 편의를 위한 후처리 37
5.2 투과 손실 측정 실험 39
제 6 장 결론 42
제 7 장 참고문헌 43
