음향 메타 물질을 이용한 머플러 최적 설계
Optimal design of muffler using acoustic metamaterial
- 주제(키워드) 투과 손실 , 메타물질 , 밴드갭
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 이진우
- 발행년도 2019
- 학위수여년월 2019. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000029062
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
This thesis proposes an acoustic metamaterial structure that effectively blocks the transmission noise of the muffler. Conventional muffler design methods using topology optimization and shape optimization have successfully improved medium/high fr equency noise reduction performance, but it was difficult to improve noise reduction performance in low frequency band. In this case, the low frequency means the region before the frequency which becomes the first zero (dip in the transmission lo ss of the simple expansion muffler. Therefore, The thesis proposes a meta muffler that can block noise even in low frequency band using acoustic metamaterial structure. In the design of the meta muffler unitcell, the dispersion curve of the unitcell is use d. The unitcell is designed using the metamaterial feature that the graph of the dispersion curve doesn’t exist in the frequency band where the noise is blocked. The basic shape of a nuitcell is designed by using a resonance chamber. Thereafter, several ad ditional designs are implemented to further improve noise reduction performance in lower frequency bands. Using these design methods, the acoustic characteristics are adjusted and the optimal design of the unicell is made so that the target noise frequency band is included in the bandgap. These unitcells are arranged periodically to form a meta muffler. In order to verify the noise reduction performance of the meta muffler, the results of the finite element analysis and the acoustic experiment are compared for the designed muffler.
more초록/요약
본 연구에서는 머플러의 투과 소음을 효과적으로 차단하는 음향 메타물질 구조를 제시한다 위상 최적 설계와 형상 최적 설계를 사용하는 기존의 머플러 설계 방법 으로 는 중 고주파 소음 저감 성능을 성공적으로 향상시켜왔지만 저주파 대역에서는 소음 저감 성능을 향상시키기 어려웠다 이 때의 저주파수는 단순 확장방 머플러의 투과손실 에서 첫 번째로 0 이되는 주파수 딥 주파수 이전의 영역을 의미한다 따라서 음향 메타 물질 구 조를 이용하여 저주파 대역에서도 소음을 차단할 수 있는 메타 머플러를 제시 하고자 한다 메타 머플러 단위체 의 설계에 서 단위체의 분산곡선 을 이용한다 소음이 차단되는 주파수 대역에서 분산곡선 의 그래프가 존재하지 않는다는 메타 물질의 특징 을 이용하여 단위체를 설 계한다 단위체의 기본 형상은 공명방 을 이용하여 설 계한다 이 후 추가적으로 더 낮은 주파수 대역에서 소음 저감성능을 향상시키기 위하여 몇 개 의 추가적인 설계를 진행한다 . 이러한 설계 방법들을 이용 하여 음향 특성을 조절하고 목표 소음 주파수 대역이 밴드갭에 포함되도록 단위체의 최적 설계를 진행한다 이 단 위체들이 주기적으로 반복되어 메타 머플러를 형성한다 메타 머플러의 소음 저감 성능 을 검증하기 위해 설계된 머플러에 대해 유한 요소 해석과 음향 실험 결과를 비교 한다
more목차
제 1 장 서론
1.1 연구 배경
1.2 연구 목표 및 연구 내용
제 2 장 머플러 설계 문제 정의
2.1 문제 정의
2.2 해석 모델
제 3 장 음향 메타 물질 단위체 설계 전략
3.1 메타 물질 단위체 설계 전략
3.2 메타 물질 단위체의 소음 차단 주파수 대역 계산
3.2.1 메타 물질의 동적 유효 물성치
3.2.2 분산 곡 선의 차단 주파수
제 4 장 음향 메타 단위체 설계
4.1 단위체 설계 문제 정식화
4.1.1 opt A 문제 정식화와 최적 설계
4.1.2 opt B 문제 정식화와 최적 설계
4.2 문제점과 해결방안
4.3 opt C 문제 정식화와 최적 설계 결과
제 5 장 메타 머플러 성능 검증
5.1 환형 공동이 설치된 덕트와 비교
5.2 중 고주파수 영역에서의 효과
5.3 메타 머플러 음향 실험
제 6 장 결론
제 7 장 참고문헌
