KR102025855B1 - Acoustic metamaterials structures for impact vibration mitigation and formation method thereof - Google Patents

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KR102025855B1
KR102025855B1 KR1020180037340A KR20180037340A KR102025855B1 KR 102025855 B1 KR102025855 B1 KR 102025855B1 KR 1020180037340 A KR1020180037340 A KR 1020180037340A KR 20180037340 A KR20180037340 A KR 20180037340A KR 102025855 B1 KR102025855 B1 KR 102025855B1
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설창원
황희윤
이정우
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국방과학연구소
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Abstract

The present invention relates to an acoustic metamaterial structure for impact vibration mitigation which has an impact mitigation effect of an acoustic metamaterial and can be used as a reusable structural member of a mechanical system, and a formation method thereof. The acoustic metamaterial structure for impact vibration mitigation includes one or more acoustic metamaterial unit elements of a pillar shape having a long length in one direction and including coupling units formed along outer circumferential surfaces thereof. The acoustic metamaterial unit elements are arranged in parallel to have prescribed intervals to form a unit element layer forming a single layer. A plurality of the unit element layers are alternately stacked in a vertical direction to form an acoustic metamaterial structure. The coupling units formed on acoustic metamaterial unit elements of vertically formed unit element layers are alternately stacked on the acoustic metamaterial structure. The acoustic metamaterial structure can be easily manufactured without using a separate apparatus for arrangement and fixation.

Description

충격진동 저감을 위한 음향메타물질 구조체 및 그 형성방법{ACOUSTIC METAMATERIALS STRUCTURES FOR IMPACT VIBRATION MITIGATION AND FORMATION METHOD THEREOF}Acoustic Meta-material Structure and its Formation Method for Shock Vibration Reduction {ACOUSTIC METAMATERIALS STRUCTURES FOR IMPACT VIBRATION MITIGATION AND FORMATION METHOD THEREOF}

본 발명은 충격진동 저감을 위한 음항메타물질 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음향메타물질의 단위 요소를 교차로 적층하기 위해 단위 요소의 교차 부분의 형상을 변형하여 단위 요소끼리 스스로 배열될 수 있는 충격진동 저감을 위한 음향메타물질 구조체 및 그 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a negative-meta material structure for shock vibration reduction, and more specifically, the impact that can be arranged by the unit elements themselves by modifying the shape of the intersection of the unit elements in order to alternately stack the unit elements of the acoustic meta material The present invention relates to an acoustic metamaterial structure for vibration reduction and a method of forming the same.

일반적으로 충격진동을 저감시키는 방법으로 고무와 같은 탄성중합체, 복합재료, 스티로폼, 알루미늄 폼 등과 같은 다공질 소재, 유체, 기체 등을 이용한 재료적인 방법과 허니콤 구조와 같이 충격이 왔을 때 자기변형을 통해 충격 흡수하는 구조적인 방법이다.In general, the method of reducing impact vibration is performed by using elastic materials such as rubber, composite materials, styrofoam, porous materials such as aluminum foam, material methods using fluids and gases, and magnetostriction when impacts such as honeycomb structures occur. It is a structural way to absorb shock.

하지만, 상기 재료적인 방법은 이에 사용되는 재료의 강도 및 강성과 같은 기계적인 특성이 낮아 비교적 큰 충격을 견디지 못하는 이유로 기계시스템의 구조 재료로써 적용이 어렵고, 상기 구조적인 방법은 충격 흡수 후에 재료의 소성변형 및 파괴가 일어나 재사용이 어려운 단점이 있다.However, the material method is difficult to apply as a structural material of the mechanical system because the mechanical properties such as the strength and stiffness of the material used therewith cannot withstand a relatively large impact, the structural method is a plastic material of the material after the shock absorption Deformation and destruction is a disadvantage that is difficult to reuse.

한편, 음향메타물질은 음향의 파장보다 작은 연속된 구조를 이용하여 소리 혹은 초음파 등을 통과, 변조, 흡수할 수 있는 인공 물질이다. 음향메타물질은 이향이라는 탄성파를 제어하는 특성을 가진 것으로, 구조물에 가해지는 충격진동인 탄성파의 제어도 가능함이 이론 및 실험을 통하여 입증되었으며, 음향메타물질을 이용하여 충격 진동 저감이 가능하며 기계시스템의 구조물로 가능한 복합재료 혹은 샌드위치 형상의 음향메타물질 구조체도 제안되었다.On the other hand, the acoustic metamaterial is an artificial material that can pass, modulate, and absorb sound or ultrasonic waves by using a continuous structure smaller than the wavelength of sound. Acoustic metamaterial has the characteristic of controlling the acoustic wave called directional, and it has been proved through theory and experiment that it is also possible to control the elastic wave, which is the shock vibration applied to the structure. A composite or sandwich-like acoustic metamaterial structure is also proposed.

이와 같은 음향메타물질 구조체의 경우도 음향메타물질을 구성하는 단위 요소의 국부 공진 및 단위 요소간의 비선형 접촉 특성을 통하여 충격진동을 효과적으로 저감시킬 수 있으며 재사용이 가능하지만, 단위 요소가 일정한 단면을 가지기 때문에 단위 요소를 일정한 간격으로 적절히 배열 및 고정시키는데 별도의 간격 유지용 장치를 이용해야하기 때문에 제조가 용이하지 않다는 한계가 있다.Even in the case of the acoustic metamaterial structure, the impact vibration can be effectively reduced and reused through the local resonance of the unit elements constituting the acoustic meta material and the nonlinear contact characteristics between the unit elements, but the unit elements have a constant cross section. There is a limitation that manufacturing is not easy because a separate spacing device must be used to properly arrange and fix the unit elements at regular intervals.

대한민국 특허공개공보 제10-2016-0101639호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2016-0101639

이에 상기와 같은 문제점을 해결하고자, 본 발명은 음향메타물질 구조체를 구성하는 단위 요소를 요소끼리 교차하는 부분만 별도의 형상을 가지도록 제조함으로써 음향메타물질 구조체를 별도의 배열 및 고정을 위한 장치 사용 없이도 용이하게 음향메타물질 구조체 제작 가능하고, 음향메타물질의 충격저감 효과를 가지면서도 재사용이 가능한 기계시스템의 구조재로 사용이 가능한 충격진동 저감을 위한 음향메타물질 구조체 및 그 형성방법을 제공하는데 목적이 있다.Accordingly, in order to solve the above problems, the present invention uses the device for the separate arrangement and fixing of the acoustic meta-material structure by manufacturing the unit elements constituting the acoustic meta-material structure to have a separate shape only the parts intersecting the elements. It is an object of the present invention to provide an acoustic metamaterial structure and a method of forming the same, which can be easily fabricated without a shock, and can be used as a structural material of a reusable mechanical system while having an impact reduction effect of the acoustic metamaterial. have.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 기술한 과제로만 제한되지 않으며, 기술되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited only to the problem described above, another problem that is not described will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 충격진동 저감을 위한 음향메타물질 구조체는 일방향으로 긴 길이를 가지는 환봉 형상으로 외주면을 따라 결합부가 형성된 음향메타물질 단위요소가 복수 개로 소정의 간격을 갖도록 평행하게 배열되어 단일층을 형성하는 단위요소층을 이루고, 상기 단위요소층은 복수개가 상하 방향으로 교차 적층되어 음향메타물질 구조체를 이루며, 상기 음향메타물질 구조체는 상하로 형성된 복수 개의 단위요소층을 이루는 상기 음향메타물질 단위요소에 형성된 각 결합부가 상호 접하여 교차 적층하여 이루어진 것을 특징으로 한다.Acoustic metamaterial structure for reducing the shock vibration of the present invention for achieving the above object is a parallel rod shape having a long length in one direction parallel to the plurality of acoustic metamaterial unit elements formed with a coupling portion along the outer peripheral surface The unit element layer is arranged so as to form a single layer, wherein the plurality of unit element layers cross-laid in the vertical direction to form an acoustic meta-material structure, the acoustic meta-material structure comprises a plurality of unit element layers formed up and down Each coupling part formed in the acoustic meta material unit element is in contact with each other made of a cross-lamination.

상기 결합부는 음향메타물질 단위요소의 외주면을 따라 형성된 결합홈 또는 상기 결합홈에 대응되는 형상으로 음향메타물질 단위요소의 외주면을 따라 외부로 돌출되는 돌출환으로 이루어질 수 있다.The coupling part may include a coupling groove formed along the outer circumferential surface of the acoustic meta material unit element or a protruding ring protruding outward along the outer circumferential surface of the acoustic meta material unit element in a shape corresponding to the coupling groove.

그러므로 상기 결합부에서 상기 음향메타물질 단위요소에 결합홈이 형성되면, 인접하여 상부와 하부에 적층되는 음향메타물질 단위요소의 결합부는 돌출환으로 이루어져 교차 적층될 수 있다.Therefore, when the coupling groove is formed in the acoustic metamaterial unit element in the coupling part, the coupling part of the acoustic metamaterial unit element stacked adjacent to the upper and lower parts may be cross-laminated by a protruding ring.

상기 단위요소층의 결합부는 둘 이상의 다수로 형성되며, 결합부의 위치가 하나의 음향메타물질 단위요소 내에서 일정한 간격 혹은 두 가지 이상의 서로 다른 간격을 갖고 형성될 수 있다.The coupling part of the unit element layer may be formed of two or more, and the coupling part may be formed at a predetermined interval or two or more different intervals within one acoustic metamaterial unit element.

그리고 인접하는 단위요소층의 결합부 간격은 서로 접하여 적층될 수 있도록 동일하게 형성된 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the spacing between the bonding portions of the adjacent unit element layers are formed in the same manner so as to be in contact with each other.

상기 음향메타물질 단위요소에서 상기 결합부를 제외한 나머지 부분의 단면 형상이 원형, 다각형 또는 다원형 중 어느 하나일 수 있다.The cross-sectional shape of the remaining portion except for the coupling portion in the acoustic metamaterial unit element may be any one of a circle, a polygon, and a polygon.

상기 단위요소층을 이루는 음향메타물질 단위요소는 주조, 소결, 압연, 사출, 단조 및 적층가공 중에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 제조된 음향메타물질 단위요소를 사용할 수 있다.The acoustic metamaterial unit element constituting the unit element layer may use the acoustic metamaterial unit element manufactured by any one method selected from casting, sintering, rolling, injection, forging, and lamination processing.

상기 단일층을 이루는 단위요소는 금속, 세라믹, 고분자재료 및 탄성중합체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.The unit element forming the single layer may be made of any one of a metal, a ceramic, a polymer material, and an elastomer.

상기 음향메타물질 구조체의 상부와 하부에 각각 하나의 판(plate)이 접촉되거나, 또는 상기 음향메타물질 구조체 외부를 감싸는 단일 지지체를 포함하여 이루어질 수 있다.One plate may contact each of the upper and lower portions of the acoustic metamaterial structure, or may include a single support that surrounds the exterior of the acoustic metamaterial structure.

여기서 상기 단일 지지체는 고분자재료, 탄성중합체, 폴리에스터, 폴리에폭시, 폴리우레탄, 비닐에스터 또는 폴리디메틸실록산 중 어느 하나가 적용되어 이루어질 수 있다.Here, the single support may be made by applying any one of a polymer material, an elastomer, polyester, polyepoxy, polyurethane, vinyl ester, or polydimethylsiloxane.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 충격진동 저감을 위한 음향메타물질 구조체의 형성방법은, 소정 영역에 다른 음향메타물질 단위요소 간에 서로 적층되도록 결합부가 구비된 일방향으로 환봉 형상의 음향메타물질 단위요소가 복수 개로 소정의 간격으로 평행하게 배열되어 단일층을 이루는 단위요소층을 형성하는 단계, 및 상기 단위요소층 상부에 다른 하나의 단위요소층이 적층하되, 서로의 결합부가 교차하도록 적층하여 음향메타물질 구조체를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of forming an acoustic metamaterial structure for the impact vibration reduction of the present invention for achieving the above object, the sound in a round bar shape in one direction provided with a coupling portion to be laminated to each other between the acoustic metamaterial unit elements in a predetermined region. Forming a unit element layer forming a single layer by arranging a plurality of metamaterial unit elements in parallel at predetermined intervals, and stacking another unit element layer on top of the unit element layer, wherein the coupling portions thereof cross each other; And laminating to form an acoustic metamaterial structure.

상기 결합부는 음향메타물질 단위요소의 외주면을 따라 형성된 결합홈 또는 상기 결합홈에 대응되는 형상으로 음향메타물질 단위요소의 외주면을 따라 외부로 돌출되는 돌출환으로 이루어질 수 있다.The coupling part may include a coupling groove formed along the outer circumferential surface of the acoustic meta material unit element or a protruding ring protruding outward along the outer circumferential surface of the acoustic meta material unit element in a shape corresponding to the coupling groove.

상기 음향메타물질 구조체를 형성하는 단계는, 상기 음향메타물질 단위요소에 상기 결합부로 결합홈이 형성되면, 인접하여 상부와 하부에 적층되는 음향메타물질 단위요소의 결합부는 돌출환으로 이루어져 서로의 결합부가 교차 적층할 수 있다. 여기서 단위요소층의 서로 교차 적층되도록 반복 수행하면 다층으로 이루어진 음향메타물질 구조체를 형성할 수 있다.In the forming of the acoustic metamaterial structure, when the coupling groove is formed in the coupling unit in the acoustic meta material unit element, the coupling parts of the acoustic meta material unit elements stacked adjacent to each other are formed of protruding rings to be coupled to each other. Addition may be cross laminated. In this case, when the unit element layers are repeatedly stacked so as to cross each other, an acoustic metamaterial structure composed of multiple layers may be formed.

상기 음향메타물질 구조체를 형성하는 단계 이후에, 상기 음향메타물질 구조체의 상부와 하부에 판(plate)을 형성하는 단계를 또는 상기 음향메타물질 구조체의 외부를 단일 지지체로 감싸는 단계를 더 포함할 수 있다.After forming the acoustic metamaterial structure, the method may further include forming a plate on the upper and lower portions of the acoustic metamaterial structure, or wrapping the outside of the acoustic metamaterial structure with a single support. have.

상기 단일 지지체로는 앞서 설명한 바와 같이 고분자재료, 탄성중합체, 폴리에스터, 폴리에폭시, 폴리우레탄, 비닐에스터 또는 폴리디메틸실록산 중 어느 하나가 적용되어 이루어진 것을 사용할 수 있다.As the single support, any one of polymer material, elastomer, polyester, polyepoxy, polyurethane, vinyl ester or polydimethylsiloxane may be used as described above.

음향메타물질 구조체를 구성하는 단위 요소의 교차하는 부분 형상을 달리하여 음향메타물질 및 음향메타물질 구조체가 가지는 배열 및 고정의 어려움을 해결함으로써 음향메타물질 구조체의 형성이 용이해지는 효과가 있다.The formation of the acoustic metamaterial structure can be facilitated by solving the difficulty of arrangement and fixing of the acoustic metamaterial and the acoustic metamaterial structure by changing the shape of the intersecting portion of the unit elements constituting the acoustic metamaterial structure.

음향메타물질의 우수한 충격흡수 능력 및 재사용 가능성을 기계시스템의 구조재로 활용이 가능하여, 지상 무기 체계의 충격흡수 장갑, 각종 전자장비의 보호용 케이스, 개인장구의 방탄 혹은 충격흡수 장비 등에 적용이 가능해지며, 충격에 의한 전달 소음의 저감도 가능하다. 본 발명에 의하면 음향메타물질의 단위 요소의 배열 및 고정이 용이하게 되어 음향메타물질의 형성 및 수리에 필요한 시간 및 비용을 절감할 수 있다.The excellent shock absorbing ability and reusability of acoustic meta-materials can be used as structural materials for mechanical systems, which can be applied to shock-absorbing gloves of ground weapon systems, protective cases for various electronic equipment, bulletproof or shock-absorbing equipment of personal equipment. In addition, it is possible to reduce the transmission noise caused by the impact. According to the present invention, it is easy to arrange and fix the unit elements of the acoustic metamaterial, thereby reducing the time and cost required for the formation and repair of the acoustic metamaterial.

도 1은 본 발명의 일 실시예로 음향메타물질 구조체를 구성하는 음향메타물질 단위요소의 형상을 나타내는 모식도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향메타물질 구조체의 형성방법을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 샌드위치 형태의 음향메타물질 구조체의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 복합재료 형태의 음향메타물질 구조체의 모식도이다.1 is a schematic diagram showing the shape of an acoustic metamaterial unit element constituting the acoustic metamaterial structure according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 is a schematic diagram showing a method of forming an acoustic metamaterial structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram of the acoustic metamaterial structure of the sandwich form prepared according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a schematic diagram of the structure of the acoustic metamaterial of the composite material prepared according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 충격진동 저감을 위한 음향메타물질 구조체의 제조 방법을 첨부된 도면을 참고로 상세히 설명하며, 이는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 하는 설명에 한정되지 않는다.Hereinafter, a method of manufacturing an acoustic metamaterial structure for shock vibration reduction according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which is embodied in various different forms by one of ordinary skill in the art as an example. As such, it is not limited to the description here.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 단계, 숫자, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계. 숫자, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, step, number, component, or combination thereof described on the specification, and one or more other features or steps. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of adding or presenting numbers, components, or combinations thereof.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.In addition, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.

일반적으로 음향메타물질은 동일한 형상을 가진 단위 요소들이 공간상에서 일정하게 배열된 구조로서 입사된 탄성파를 배열 구조 간의 간섭, 공진, 전달 등을 통하여 제어한다. 종래의 선행기술문헌으로 특허문헌 1에서 음향메타물질 중 단순하면서도 우수한 성능을 가지는 장작더미 형태를 이용하여 기계적인 탄성파, 즉 충격 진동의 저감이 가능한 음향메타물질 구조체가 제시되었다.In general, the acoustic metamaterial is a structure in which unit elements having the same shape are uniformly arranged in space, and the incident acoustic wave is controlled through interference, resonance, and transmission between the array structures. In the prior art document, Patent Document 1 proposes an acoustic metamaterial structure capable of reducing mechanical acoustic waves, that is, impact vibration, by using a type of firewood having a simple and excellent performance among acoustic metamaterials.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향메타물질 구조체를 구성하는 음향메타물질 단위요소의 형상을 나타낸 것이다.1 illustrates the shape of an acoustic metamaterial unit element constituting an acoustic metamaterial structure according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 명세서에서 사용된 '음향메타물질 단위요소'이라는 용어는 음향메타물질 구조체를 이루고 있는 하나의 단위요소를 의미하는 것으로 즉, 도면에서 도시된 부호 1, 2가 가리키고 있는 대상을 의미한다.As used herein, the term "acoustic metamaterial unit element" refers to one unit element constituting the acoustic metamaterial structure, that is, the object indicated by the reference numerals 1 and 2 shown in the drawings.

도 1에 제시된 바와 같이, 본 발명의 따른 음향메타물질 단위요소(2, 3)는 일 방향으로 긴 길이를 가지는 환봉 형상으로 외주면을 따라 인접하는 음향메타물질 단위요소끼리 상호 접하여 교차되는 결합부(10)가 형성될 수 있다.As shown in FIG. 1, the acoustic metamaterial unit elements 2 and 3 according to the present invention have an annular bar shape having a long length in one direction, and a coupling portion where adjacent acoustic metamaterial unit elements cross each other along an outer circumferential surface thereof ( 10) may be formed.

여기서 결합부(10)는 음향메타물질 단위요소의 외주면을 따라 결합홈(11) 또는 상기 결합홈(11)에 대응되는 형상으로 음형메타물질 단위요소의 외주면을 따라 돌출되는 돌출환(12)의 형태로 이루어질 수 있다.Wherein the coupling portion 10 of the protruding ring 12 protruding along the outer circumferential surface of the sound metamaterial unit element in a shape corresponding to the coupling groove 11 or the coupling groove 11 along the outer circumferential surface of the acoustic metamaterial unit element. It may be made in the form.

상기 단위요소층의 결합부(10)는 둘 이상의 복수개로 형성될 수 있으며, 결합부의 위치가 하나의 음향메타물질 단위요소 내에서 일정한 간격 혹은 두 가지 이상의 서로 다른 간격을 갖고 형성될 수 있다.The coupling part 10 of the unit element layer may be formed in two or more pieces, and the coupling part may be formed at a predetermined interval or two or more different intervals within one acoustic metamaterial unit element.

상기 음향메타물질 단위요소의 결합부 부분과 나머지 부분의 단면 형상은 원형이 바람직하게 적용될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다각형 또는 타원형을 적용될 수 있고, 결합부 부분과 나머지 부분의 단면 형상이 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. 여기서 상기 음향메타물질 단위요소의 결합부 부분 면적이 나머지 부분에 비하여 좁게 형성된다.The cross-sectional shape of the coupling portion and the remaining portion of the acoustic metamaterial unit element may be preferably circular, but is not limited thereto, and may be polygonal or elliptical, and the cross-sectional shape of the coupling portion and the remaining portion is the same or the same. You can't. Herein, the area of the coupling part of the acoustic metamaterial unit element is narrower than that of the remaining part.

상기 음향메타물질 단위요소의 재질은 금속, 세라믹, 고분자재료, 탄성중합체 중 어느 하나가 적용될 수 있으며, 본 발명의 음향메타물질 단위요소는 주조, 압연, 소결, 사출, 단조 등 다양한 방법에 의하여 제작이 가능하다.The material of the acoustic metamaterial unit element may be any one of metal, ceramic, polymer material, and elastomer. The acoustic metamaterial unit element of the present invention may be manufactured by various methods such as casting, rolling, sintering, injection, and forging. This is possible.

본 발명의 음향메타물질 구조체는 하나 이상의 음향메타물질 단위요소가 일정한 배열 간격을 두고 평행하게 배열되어 단일층의 단위요소층을 형성하고, 이 형성된 단위요소층의 상부 또는 하부에 또 다른 단위요소층이 결합부를 중심으로 상호 접하도록 교차 적층되어 음향메타물질 구조체를 이룬다.In the acoustic metamaterial structure of the present invention, one or more acoustic metamaterial units are arranged in parallel at regular intervals to form a single layer of unit elements, and another unit element layer above or below the formed unit element layer. The joints are stacked so as to be in contact with each other to form an acoustic metamaterial structure.

즉, 본 발명에 따른 음향메타물질 구조체 형성방법은 일방향성으로 길이를 갖는 단위 요소에 있어 복수개의 층이 서로 교차되는 결합부의 형상이 나머지 부분과 다르게 하여 단위 요소끼리 스스로 배열되어 음향메타물질 구조체를 형성하는 방법이다.That is, in the method for forming the acoustic metamaterial structure according to the present invention, in the unit element having a length in one direction, the shape of the coupling portion where the plurality of layers intersect each other is different from the rest, so that the unit elements are arranged by themselves to form the acoustic metamaterial structure. How to form.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향메타물질 구조체의 모습과 형성방법을 나타낸 것으로, 도 2는 하나의 음향메타물질 단위요소 상에서 결합부 2개 형성되었을 경우 음향메타물질 구조체이고, 도 3은 하나의 음향메타물질 단위요소 상에서 결합부가 3개 형성되었을 경우의 음향메타물질 구조체를 나타낸 것이다.2 and 3 show the appearance and formation method of the acoustic metamaterial structure according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an acoustic metamaterial structure when two coupling portions are formed on one acoustic metamaterial unit element 3 illustrates an acoustic metamaterial structure when three coupling parts are formed on one acoustic metamaterial unit element.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 소정의 영역에 다른 음향메타물질 단위요소 간에 서로 적층되도록 결합부가 구비된 일방향성을 갖는 하나 이상의 음향메타물질 단위요소가 일정한 배열 간격을 두고 평행하게 배열되어 제1 단위요소층(21)을 형성한다.2 and 3, at least one acoustic meth material unit element having a unidirectional arrangement having a coupling part is stacked in parallel at regular intervals so as to be stacked on each other among the other acoustic meta material unit elements in a predetermined region. To form the first unit element layer 21.

그 다음 상기 제1 단위요소층(21)의 상부에 또 다른 하나의 단위요소층인 제2 단위요소층(22)이 형성하며, 상기 제1 단위요소층(21)의 결합부인 제1 결합부(31)와 상부에 적층되는 제2 단위요소층(22)의 제2 결합부(32)는 동일한 간격으로 형성되어 상기 제1결합부(31)와 제2 결합부(32)가 상호 접하면서 교차하도록 적층한다.Next, a second unit element layer 22, which is another unit element layer, is formed on the first unit element layer 21, and a first coupling part that is a coupling portion of the first unit element layer 21 is formed. The second coupling portion 32 of the second unit element layer 22 stacked on the upper portion 31 and 31 is formed at the same interval so that the first coupling portion 31 and the second coupling portion 32 are in contact with each other. Lay to cross.

이때, 예를 들어 상기 제1 결합부(31)의 형상이 결합홈(11)을 형성하면, 제2 결합부(32) 형상은 제1 결합부(31)에 대응되는 형상으로서 돌출환(12)으로 이루어져 서로의 결합부가 상호 접하면서 교차하도록 적층된다. 이때 단위요소층에서 제1 결합부와 제2 결합부의 간격은 서로 접하여 적층될 수 있도록 동일한 간격으로 형성되는 것이 바람직하다.At this time, for example, when the shape of the first coupling portion 31 forms the coupling groove 11, the shape of the second coupling portion 32 is a shape corresponding to the first coupling portion 31 as a protrusion ring 12 ) Are laminated so that the joining portions of each other are in contact with each other and intersect. At this time, the interval between the first coupling portion and the second coupling portion in the unit element layer is preferably formed at the same interval so that they can be stacked in contact with each other.

이렇게 인접하는 단위요소층이 서로 교차 적층을 반복 수행하여 다층으로 이루어진 음향메타물질 구조체(101, 102)를 형성할 수 있다.In this way, adjacent unit element layers may cross-laminate each other repeatedly to form the acoustic metamaterial structures 101 and 102 formed of multiple layers.

하나의 단위요소층을 이루는 음향메타물질 단위요소는 동일한 길이, 동일한 단면직경 및 동일한 단면 형상으로 이루어져 적층될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고 해당 기술분야의 종사자의 편의나 사용 환경에 맞춰 보다 변경하여 음향메타물질 구조체를 형성할 수 있다.Acoustic metamaterial unit elements constituting one unit element layer may be laminated with the same length, the same cross-sectional diameter, and the same cross-sectional shape, but is not necessarily limited thereto. The acoustic metamaterial structure can be formed.

본 발명의 일 실시예로 도 2와 도 3에서는 단위요소층 복수개가 적층각 90도를 이루며 서로 인접하게 교차 적층된 음향메타물질 구조체를 제시하지만, 이때 적층각은 이에 한정되지 않고, 0도 초과 180도 미만인 범위 내에서 적합하게 변경 가능하다.2 and 3 illustrate an acoustic metamaterial structure in which a plurality of unit element layers have a stacking angle of 90 degrees and are stacked adjacent to each other, but the stacking angle is not limited thereto and is greater than 0 degrees. It can change suitably within the range which is less than 180 degree | times.

또한, 앞서 언급한 일 실시예 외에, 음향메타물질 단위요소의 길이, 단면직경, 단면형상, 재질, 하나 이상의 음향메타물질 단위요소가 평행하게 배열될 때 배열간격, 하나의 음향메타물질 단위요소 내에서 형성되는 결합부의 개수와 간격 및 단위요소층이 복수개 서로 인접하게 교차될 때 이루는 각각의 결합부와 접합여부, 적층 각 등의 변수들 중 하나 이상의 변수가 복합 적용되어 보다 다양한 형상 및 구조를 갖는 음향메타물질 구조체를 형성할 수 있다.In addition, in addition to the above-mentioned embodiment, the length, cross-sectional diameter, cross-sectional shape, material, and arrangement intervals of one or more acoustic metamaterial unit elements in one acoustic metamaterial unit element are arranged in parallel. One or more of the variables, such as the number of joining portions, the spacing, and the number of spacing and the unit element layers intersecting adjacent to each other, which are formed in the plurality of joining portions, the lamination angle, and the like, are combined to have a variety of shapes and structures. The acoustic metamaterial structure can be formed.

이처럼 본 발명의 도 2 및 도 3에 제시된 바와 같이, 단위요소층 상부 또는 하부에 제시된 다른 단위요소층이 하나 이상 적층하게 되면 각 단위요소층을 이루는 음향메타물질 단위요소의 결합부 부분에서 결합홈을 형성한 부분과 상기 결합홈의 형상에 대응되는 돌출환이 서로 맞물려 결합부가 형성된 부분이 서로 교차하게 되어 원하는 간격으로 배열이 용이하게 되어, 복수개의 단위요소층을 적층 형성하는 시간을 단축시킬 수 있다.Thus, as shown in Figures 2 and 3 of the present invention, when one or more of the other unit element layer shown in the upper or lower unit element layer is laminated, the coupling groove in the coupling portion portion of the acoustic metamaterial unit element constituting each unit element layer And the protrusions corresponding to the shape of the coupling grooves are interlocked with each other so that the portions formed with the coupling portions intersect with each other, thereby facilitating arrangement at a desired interval, thereby reducing the time for stacking a plurality of unit element layers. .

이후, 음향메타물질 구조체를 추가적으로 도 4 및 도 5에 제시된 바와 같은 음향메타물질 구조체를 형성할 수 있다.Thereafter, the acoustic metamaterial structure may additionally form the acoustic metamaterial structure as shown in FIGS. 4 and 5.

도 4에 도시된 바와 같이 상부와 하부에 판(40)을 부착하여 샌드위치 형태의 음향메타물질 구조체(201)를 형성하거나, 또는 도 5에 도시된 바와 같이 음향메타물질 구조체에 단일지지체(50)로 감싸여 음향메타물질 구조체(202)를 형성할 수 있다.As shown in FIG. 4, the plate 40 is attached to the upper and lower portions to form a sandwich-like acoustic metamaterial structure 201, or as shown in FIG. 5, a single support 50 is attached to the acoustic metamaterial structure. It may be wrapped to form an acoustic metamaterial structure 202.

여기서 단일기지체(50)는 탄성을 가진 소재로서 고분자일 수 있으며, 바람직하게는 고분자재료, 탄성중합체, 폴리에스터, 폴리에폭시, 폴리우레탄, 비닐에스터 또는 폴리디메틸실록산 중 어느 하나가 적용될 수 있으나, 이에 한정되어 있지 않고, 충격진동 저감이 필요한 소재 등에 적용되어 해당 기술 분야의 종사자의 편의나 사용 환경에 맞춰 보다 적합한 재질을 제공하도록 변경이 가능하다.Here, the single substrate 50 may be a polymer as an elastic material, and preferably any one of a polymer material, an elastomer, polyester, polyepoxy, polyurethane, vinyl ester, or polydimethylsiloxane may be applied thereto. The present invention is not limited thereto, and may be applied to materials requiring impact vibration reduction, and may be modified to provide more suitable materials in accordance with the convenience or use environment of those skilled in the art.

앞서 살펴본 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시하도록 하는 바람직한 실시예일뿐 전술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변경 및 변경이 가능하다.The above-described embodiments are not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, which are only preferred embodiments that allow those skilled in the art to easily carry out the present invention. Accordingly, various substitutions, changes, and changes may be made without departing from the spirit of the present invention.

1, 2 : 음향메타물질 단위요소
10 : 결합부
11 : 결합홈
12 : 돌출환
21 : 제1 결합부
22 : 제2 결합부
31 : 제1 단위요소층
32 : 제2 단위요소층
40 : 판
50 : 단일지지체
101, 102, 201, 202 : 음향메타물질 구조체1, 2: unit elements of acoustic metamaterial
10: coupling part
11: coupling groove
12: protrusion ring
21: first coupling part
22: second coupling part
31: first unit element layer
32: second unit element layer
40: plate
50: single support
101, 102, 201, 202: acoustic metamaterial structure

Claims (16)

환봉 형상으로 외주면을 따라 결합부가 형성된 음향메타물질 단위요소가 복수 개로 소정의 간격을 갖도록 평행하게 배열되어 단일층을 형성하는 단위요소층을 이루고, 상기 단위요소층은 복수 개가 교차 적층되어 음향메타물질 구조체를 이루며,
상기 음향 메타물질 구조체는 상기 복수 개의 단위요소층을 이루는 상기 음향메타물질 단위요소에 형성된 결합부가 상호 접하여 교차 적층하되,
상기 결합부는 상기 음향메타물질 단위요소의 외주면을 따라 형성된 결합홈 또는 상기 결합홈에 대응되는 형상으로 상기 음향메타물질 단위요소의 외주면을 따라 외부로 돌출되는 돌출환인 것을 특징으로 하는 충격진동 저감을 위한 음향메타물질 구조체.A plurality of acoustic metamaterial unit elements having coupling portions along the outer circumferential surface in a round bar shape are arranged in parallel to have a predetermined interval to form a unit element layer to form a single layer, and the plurality of unit element layers are cross-laminated and acoustic metamaterial Form a structure,
Wherein the acoustic meta-material structure, the coupling parts formed in the acoustic meta-material unit elements constituting the plurality of unit element layers are laminated in contact with each other,
The coupling part is a coupling groove formed along the outer circumferential surface of the acoustic metamaterial unit element or a protruding ring protruding outward along the outer circumferential surface of the acoustic metamaterial unit element to reduce the impact vibration. Acoustic Metamaterial Structure. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 음향메타물질 단위요소에 상기 결합홈이 형성되면, 상기 음향메타물질 단위요소와 인접하여 상부와 하부에 적층되는 음향메타물질 단위요소의 결합부는 돌출환으로 이루어져 교차 적층되는 것을 특징으로 하는 충격진동 저감을 위한 음향메타물질 구조체.The method of claim 1,
When the coupling groove is formed in the acoustic metamaterial unit element, the coupling part of the acoustic metamaterial unit element stacked on the upper and lower portions adjacent to the acoustic metamaterial unit element is made of a protruding ring to be laminated on the impact vibration. Acoustical Metamaterial Structure for Reduction. 제1항에 있어서,
상기 결합부는 둘 이상의 다수로 형성되며, 인접하는 단위요소층의 결합부 간격은 동일한 것을 특징으로 하는 충격진동 저감을 위한 음향메타물질 구조체.The method of claim 1,
Wherein the coupling portion is formed of two or more, acoustic unit material structure for reducing shock vibration, characterized in that the coupling unit spacing of the adjacent unit element layer is the same. 제1항에 있어서,
상기 결합부의 위치가 상기 복수 개의 음향메타물질 단위요소 중 어느 하나의 음향메타물질 단위요소 내에서 일정한 간격 혹은 두 가지 이상의 서로 다른 간격을 갖고 형성된 것을 특징으로 하는 충격진동 저감을 위한 음향메타물질 구조체.The method of claim 1,
Wherein the coupling portion acoustic metamaterial structure for shock vibration reduction, characterized in that formed at a predetermined interval or two or more different intervals in any one of the plurality of acoustic metamaterial unit elements of the acoustic metamaterial unit element. 제1항에 있어서,
상기 음향메타물질 단위요소에서 상기 결합부를 제외한 나머지 부분의 단면 형상이 원형, 다각형 또는 다원형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 충격진동 저감을 위한 음향메타물질 구조체.The method of claim 1,
Acoustic metamaterial structure for impact vibration reduction, characterized in that the cross-sectional shape of the remaining portion other than the coupling portion in the acoustic metamaterial unit element is any one of a circular, polygonal or polycyclic. 제1항에 있어서,
상기 음향메타물질 단위요소는 금속, 세라믹 및 탄성중합체 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 충격진동 저감을 위한 음향메타물질 구조체.The method of claim 1,
The acoustic metamaterial unit element is made of any one of a metal, a ceramic, and an elastomer. 제1항에 있어서,
상기 음향메타물질 구조체는 상기 음향메타물질 구조체의 상부와 하부에 각각 하나의 판(plate)이 접촉되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 충격진동 저감을 위한 음향메타물질 구조체.The method of claim 1,
The acoustic meta-material structure is an acoustic meta-material structure for impact vibration reduction, characterized in that each plate (plate) is in contact with the upper and lower portions of the acoustic meta-material structure. 제1항에 있어서,
상기 음향메타물질 구조체는 상기 음향메타물질 구조체 외부를 감싸는 단일 지지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격진동 저감을 위한 음향메타물질 구조체.The method of claim 1,
The acoustic metamaterial structure includes a single support that surrounds the exterior of the acoustic metamaterial structure. 제9항에 있어서,
상기 단일 지지체는 탄성중합체, 폴리에스터, 폴리에폭시, 폴리우레탄, 비닐에스터 또는 폴리디메틸실록산 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 충격진동 저감을 위한 음향메타물질 구조체.The method of claim 9,
The single support is an acoustic metamaterial structure for shock vibration reduction, characterized in that made of any one of an elastomer, polyester, polyepoxy, polyurethane, vinyl ester or polydimethylsiloxane. 소정 영역에 다른 음향메타물질 단위요소 간에 서로 적층되도록 결합부가 구비된 환봉 형상의 음향메타물질 단위요소가 복수 개로 소정의 간격으로 평행하게 배열되어 단일층을 이루는 단위요소층을 형성하는 단계; 및
상기 단위요소층 상부에 다른 하나의 단위요소층이 적층하되, 서로의 결합부가 교차하도록 적층하여 음향메타물질 구조체를 형성하는 단계; 를 포함하며,
상기 결합부는 상기 음향메타물질 단위요소의 외주면을 따라 형성된 결합홈 또는 상기 결합홈에 대응되는 형상으로 상기 음향메타물질 단위요소의 외주면을 따라 외부로 돌출되는 돌출환인 것을 특징으로 하는 충격진동 저감을 위한 음향메타물질 구조체의 형성방법.Forming a unit layer in which a plurality of annular bar-shaped acoustic metamaterial unit elements having coupling portions are arranged in parallel at predetermined intervals in a predetermined area to form a single layer; And
Stacking another unit element layer on the unit element layer, and stacking the coupling parts to cross each other to form an acoustic metamaterial structure; Including;
The coupling part is a coupling groove formed along the outer circumferential surface of the acoustic metamaterial unit element or a protruding ring protruding outward along the outer circumferential surface of the acoustic metamaterial unit element to reduce the impact vibration. Method of forming acoustic metamaterial structure. 삭제delete 제11항에 있어서,
상기 음향메타물질 구조체를 형성하는 단계는,
상기 음향메타물질 단위요소에 상기 결합부로 결합홈이 형성되면, 상기 음향메타물질 단위요소에 인접하여 상부와 하부에 적층되는 음향메타물질 단위요소의 결합부는 돌출환으로 이루어져 서로의 결합부가 교차 적층하는 것을 특징으로 하는 충격진동 저감을 위한 음향메타물질 구조체의 형성방법.The method of claim 11,
Forming the acoustic metamaterial structure,
When the coupling groove is formed on the acoustic metamaterial unit element by the coupling part, the coupling part of the acoustic metamaterial unit element stacked on the upper and lower sides adjacent to the acoustic metamaterial unit element is formed of a protruding ring to mutually stack the coupling parts of each other. Method for forming an acoustic meta-material structure for reducing the shock vibration, characterized in that. 제11항에 있어서,
상기 음향메타물질 구조체를 형성하는 단계 이후에, 상기 음향메타물질 구조체의 상부와 하부에 판(plate)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격진동 저감을 위한 음향메타물질 구조체의 형성방법.The method of claim 11,
And after forming the acoustic metamaterial structure, forming a plate on the upper and lower portions of the acoustic metamaterial structure. 제11항에 있어서,
상기 음향메타물질 구조체를 형성하는 단계 이후에, 상기 음향메타물질 구조체의 외부를 단일 지지체로 감싸는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격진동 저감을 위한 음향메타물질 구조체의 형성방법.The method of claim 11,
And after the forming of the acoustic metadata material structure, surrounding the outside of the acoustic metadata material structure with a single support. 제15항에 있어서,
상기 단일 지지체는 탄성중합체, 폴리에스터, 폴리에폭시, 폴리우레탄, 비닐에스터 또는 폴리디메틸실록산 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 충격진동 저감을 위한 음향메타물질 구조체의 형성방법.The method of claim 15,
The single support is formed of any one of an elastomer, polyester, polyepoxy, polyurethane, vinyl ester or polydimethylsiloxane.
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