KR102470443B1 - 진동 절연 장치 - Google Patents

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전원주
박성민
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 진동 절연 장치는, 두 구조물 사이에서 진동의 전달을 차단하는 진동 절연 장치로서, 연장되는 형태를 갖고, 상기 두 구조물 사이에서 연속적으로 연결되는 적어도 하나의 단위 구조로 구성되고, 상기 단위 구조의 일부는 연장될수록 상기 연장 방향에 수직한 단면적이 축소되는 형태를 갖는다.

Description

진동 절연 장치 {APPARATUS FOR ISOLATING VIBRATION}
본 발명은 구조물에서 전파되는 진동의 전달을 차단하는 진동 절연 장치에 관한 것이다.
빔(beam)이나 평판(plate)과 같은 구조물에서 전파되는 진동을 차단하는 기술은 선박, 발전 설비, 건축 등 다양한 산업 분야에서 필요와 수요가 높으며, 이에 따라 진동 전달의 차단을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
최근, 특정 주파수 대역에서 파장이 통과할 수 없는 밴드갭(band gap)을 형성하는 연구가 활발히 진행되고 있는데, 대표적으로 브래그 산란 타입과 국부 공진 타입이 있다.
그러나, 브래그 산란 타입의 밴드갭은 주파수 대역을 낮추기 위해 구조물의 크기를 증대해야 하므로, 공간적인 제약으로 인해 실제 산업 현장에 적용이 어려운 문제가 있다.
또한, 국부 공진 타입의 밴드갭은 폭이 매우 좁기 때문에 산업 현장에서 요구하는 저주파수의 파장을 차단하기 위해서는 저주파수 대역에서 공진을 유발시키는 물질이나 장치를 추가해야 하는 한계가 있었다.
따라서, 실제 산업 현장에서 요구하는 주파수 대역(주로 1 Hz~수십 Hz)의 진동 전달을 차단하기 위하여, 광대역 및 저주파수의 차단을 위한 기술이 필요한 실정이다.
본 발명의 일 측면은 빔이나 평판 같은 구조물에서 전파되는 광대역 저주파(낮고 넓은 주파수 대역의) 진동의 전달을 차단하는 진동 절연 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 진동 절연 장치는, 두 구조물 사이에서 진동의 전달을 차단하는 진동 절연 장치로서, 연장되는 형태를 갖고, 상기 두 구조물 사이에서 연속적으로 연결되는 적어도 하나의 단위 구조로 구성되고, 상기 단위 구조의 일부는 연장될수록 상기 연장 방향에 수직한 단면적이 축소되는 형태를 갖는다.
상기 단위 구조는, 상기 연장 방향으로 양 단부에 위치된 한 쌍의 베이스부; 및 상기 한 쌍의 베이스부를 연결하고 중심으로 갈수록 상기 연장 방향에 수직한 단면적이 점진적으로 축소되는 형태를 갖는 변형부;를 포함할 수 있다.
상기 단위 구조는 상기 중심을 기준으로 연장된 양측이 서로 대칭 형태를 가질 수 있다.
상기 한 쌍의 베이스부는 상기 연장 방향에 수직한 단면적이 상기 연장 방향으로 따라 일정한 형태를 가질 수 있다.
상기 변형부는 상기 단면적이 상기 중심으로 갈수록 멱법칙을 따라 작아지는 형태를 가질 수 있다.
상기 한 쌍의 베이스부와 상기 변형부는 일체로 연결되되, 상기 베이스부는 일정한 두께와 폭의 빔(beam) 또는 플레이트(plate) 형태를 갖고, 상기 변형부는 상기 중심으로 갈수록 두께와 폭이 모두 점진적으로 작아지는 형태를 가질 수 있다.
상기 베이스부의 길이는 상기 변형부의 길이보다 길 수 있다.
상기 변형부는 상기 중심으로 갈수록 수식 b(x) = (bo-bt)(x/l1)n + bt 를 따라 폭디 작아지는 형태를 갖고, 상기 수식에서, b(x)는 변형부의 폭, bt는 중심에서의 변형부의 폭, bo는 변형부의 끝단에서의 폭, n은 양의 실수 l1은 변형부의 끝단에서 중심까지의 길이를 나타낼 수 있다.
상기 변형부는 상기 중심으로 갈수록 수식 h(x) = (ho-ht)(x/l1)m + ht 를 따라 두께가 작아지는 형태를 갖고, 상기 수식에서, h(x)는 변형부의 두께, ht는 중심에서의 변형부의 두께, ho는 변형부의 끝단에서의 두께, m은 양의 실수 l1은 변형부의 끝단에서 중심까지의 길이를 나타낼 수 있다.
상기 변형부의 적어도 일부에는 상기 단위 구조의 다른 부분보다 항복강도(yield strength)가 큰 재료로 이루어진 보강재가 포함될 수 있다.
상기 변형부의 중심부의 표면에는 상기 보강재가 덮여질 수 있다.
상기 연장 방향으로 상기 보강재가 덮여진 길이는 상기 변형부의 길이의 1/6 이상일 수 있다.
상기 적어도 하나의 단위 구조는 상기 두 구조물과 동일한 재료로 이루어질 수 있다.
상기 적어도 하나의 단위 구조는 상기 두 구조물과 일체로 연결될 수 있다.
상기 두 구조물은 빔(beam) 또는 플레이트(plate) 형태를 가질 수 있다.
상기 단위 구조의 연장 길이는 상기 진동의 파장보다 짧을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 두께와 폭이 작아지는 형태를 갖는 복수 개의 단위 구조를 주기적으로 배열함으로써, 빔이나 평판 같은 구조물에서 전파되는 광대역 저주파 진동, 즉 기존 기술보다 더 낮고 넓은 주파수 대역의 진동의 전달을 차단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 절연 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 절연 장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 절연 장치의 단위 구조를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에서 단위 구조의 베이스부의 길이에 따른 주파수 대역의 변화를 나타낸 수치해석 그래프이다.
도 5는 도 2에서 단위 구조의 개수에 따른 투과계수를 나타낸 수치해석 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 절연 장치의 성능을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 절연 장치에서 발생되는 응력을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진동 절연 장치를 도시한 도면이다.
도 11 및 도 12는 도 10의 성능을 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 절연 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 절연 장치를 도시한 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진동 절연 장치(100)는 구조물에 전파되는 진동 전달을 차단하는 장치로서, 도 1 및 도 2를 참조하면, 두 구조물(S1, S2) 사이에 배치되어 제 1 구조물(S1)에서 제 2 구조물(S2)로의 진동(W)의 전달을 차단할 수 있다. 예를 들어, 진동 절연 장치(100)는 제 1 구조물(S1) 및 제 2 구조물(S2)은 같은 재료로 이루어진 구조물일 수 있으며, 빔(beam) 또는 플레이트(plate) 형태를 가진 구조물일 수 있다.
진동 절연 장치(100)는 서로 이격된 제 1 구조물(S1) 및 제 2 구조물(S2)을 연결하도록 연장되는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 구조물(S1) 및 제 2 구조물(S2)이 연장 방향(x축 방향)으로 연장된 빔 또는 플레이트 형태의 구조물인 경우, 진동 절연 장치(100)는 제 1 방향으로 순차적으로 배열된 제 1 구조물(S1) 및 제 2 구조물(S2) 사이를 연결하도록 제 1 방향으로 연장되는 빔 또는 플레이트 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 진동 절연 장치(100)는 두 구조물 사이에서 연속적으로 연결되는 적어도 하나의 단위 구조(unit cell, U)로 구성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 각각의 단위 구조(U)는 동일한 형태를 가지며, 각각의 단위 구조(U)의 일부가 연장 방향(제 1 방향: x축 방향)으로 연장될수록 연장 방향에 수직한 단면적이 축소되는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 단면적이 축소되었다가 다시 본래의 단면적으로 확대되는 형태를 가질 수 있다. 단면적이 축소되는 구조의 단위 구조(U)가 주기적으로 배열됨에 따라 파장의 전달이 차단될 수 있다. 이하, 단위 구조(U)의 구성을 상세히 설명한다. 본 설명에서 '폭'은 도 2를 기준으로 y축 방향의 길이를 의미하고, '두께'는 도 2를 기준으로 z축 방향의 길이를 의미한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 절연 장치의 단위 구조를 도시한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 단위 구조(U)는 한 쌍의 베이스부(120)와 한 쌍의 베이스부(120) 사이를 연결하는 변형부(140)를 포함할 수 있다. 이 때, 단위 구조(U)는 연장 길이(x축 방향의 길이)가 진동의 파장보다 짧을 수 있다. 즉 진동의 파장 대비 매우 작은 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 단위 구조(U)는 파장 대비 1/25의 길이를 가질 수 있다. 이에 따라, 공간적인 제약을 받지 않고 낮은 주파수를 차단할 수 있으므로, 매우 컴팩트한 진동 절연 장치를 구성할 수 있다.
베이스부(120)는 연장 방향을 기준으로 단위 구조(U)의 양 단부에 위치되며, 연장 방향에 수직한 단면적이 연장 방향으로 따라 일정한 형태를 가질 수 있다. 다시 말해, 베이스부(120)는 폭과 두께가 일정한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 진동이 전파되는 구조물(S1, S2)과 동일한 폭과 두께를 가지는 빔 또는 플레이트 형태를 가질 수 있다.
변형부(140)는 한 쌍의 베이스부(120)를 연결하는 부분으로, 전술하였듯이 연장될수록 연장 방향에 수직한 단면적이 축소되는 형태를 갖는 부분이다. 변형부(140)는 베이스부(120)와 연속적으로 연결될 수 있으며, 베이스부(120)와 일체로 연결될 수 있다. 단위 구조(U)의 연장 방향(x축 방향)을 기준으로 중심(C)으로 갈수록 연장 방향에 수직한 단면적이 점진적으로 축소되는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 베이스부(120)가 빔 또는 플레이트 형태일 경우, 변형부(140)는 중심(C)으로 갈수록 두께와 폭이 모두 점진적으로 작아지는 형태를 가질 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따르면, 단위 구조(U)는 연장 방향(x축 방향)으로 중심(C)을 기준으로 양측이 대칭 형태를 가질 수 있다.
도 3을 참조하여 변형부(140)의 구조를 보다 상세히 설명하면, 변형부(140)는 연장 방향에 수직한 단면적이 중심(C)으로 갈수록 멱법칙을 따라 작아지는 형태를 가질 수 있다.
예를 들어, 도 3을 참조하면, 단위 구조(U)의 중심(C)을 x축 원점으로 하고, 변형부(140)의 폭을 b(x)라 하면, 변형부(140)는 중심(C)으로 갈수록 하기의 수식(1)을 따라 폭이 작아지는 형태를 가질 수 있다.
수식(1): b(x) = (bo-bt)(x/l1)n + bt
수식(1)에서, bt는 중심에서의 변형부의 폭, bo는 변형부의 끝단에서의 폭, n은 양의 실수 l1은 변형부의 끝단에서 중심까지의 길이를 나타낸다.
또한, 변형부(140)의 두께를 h(x)라 하면, 변형부(140)는 중심(C)으로 갈수록 하기의 수식(2)를 따라 두께가 작아지는 형태를 가질 수 있다.
수식(2): h(x) = (ho-ht)(x/l1)m + ht
수식(2)에서, ht는 중심에서의 변형부의 두께, ho는 변형부의 끝단에서의 두께, m은 양의 실수 l1은 변형부의 끝단에서 중심까지의 길이를 나타낸다.
단위 구조(U)의 변형부(140)는 밴드갭의 특성에 영향을 미치는데, 특히 최소 폭(bt)과 최소 두께(ht)의 값이 작아질수록 밴드갭의 주파수가 작아지고, 밴드갭의 폭이 커지게 된다. 그 이유는, 최소 두께/폭(bt, ht) 값이 작아질수록 두꺼운 부분과 얇은 부분의 단면적 차이가 커지게 되어, 임피던스 불일치에 의한 진동 산란 및 산란파 간의 상쇄간섭이 더 낮고 넓은 주파수 대역에서 발생하기 때문이다. 즉, 더 낮고 넓은 밴드갭을 얻기 위해서는, 단위 구조(U)의 변형부(140)의 최소 두께와 폭을 제작 가능한 선에서 작게 만드는 것이 중요하다. 이 때, 멱법칙 함수의 승수 (m, n) 값이 증가할수록 더 넓은 주파수 대역의 진동 전달의 차단이 가능하지만, 밴드갭의 주파수 또한 커지기 때문에, 변형부(140)의 길이에 따라 단면적을 변화시킬 때, 급격하게 변화시키는 것보다 적절한 m, n 값을 갖는 멱법칙 함수에 따라 완만하게 변화시키는 것이 낮고 넓은 밴드갭을 형성하는데 있어서 유리하다.
도 4는 도 3에서 단위 구조의 베이스부의 길이에 따른 주파수 대역의 변화를 나타낸 수치해석 그래프이고, 도 5는 도 2에서 단위 구조의 개수에 따른 투과계수를 나타낸 수치해석 그래프이다.
한편, 진동 전달에 대한 차단 성능을 정량적으로 나타내는 두 가지 지표가 있다. 첫 번째 지표로는, 밴드갭의 시작 주파수를 단위 구조 길이로 무차원화한 fsa/c (fs: 밴드갭의 시작 주파수, a: 단위 구조의 길이, c: 굽힘파 속도)가 있으며, 이 값이 작을수록 동일 단위 구조 크기 대비 밴드갭이 더 낮은 주파수에서 형성됨을 의미한다. 두 번째 지표로는, 밴드갭의 너비를 밴드갭의 중심 주파수로 무차원화한 Δf/fc (Δf: 밴드갭의 너비, fc: 밴드갭의 중심 주파수)가 있으며, 이 값이 클수록 밴드갭이 더 넓은 주파수 대역에서 형성됨을 의미한다. 참고로, 기존의 연구에서 알려진 fsa/c 와 Δf/fc 의 값은 각각 0.05, 1.83 수준이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 베이스부(120)의 길이(l2)는 변형부(140)의 길이(엄밀하게는 변형부의 1/2의 길이, l1)보다 길 수 있다. 도 4에서는, 최소 두께 (ht)와 폭(bt)의 값을 제작 가능한 최소 값인 0.2 mm로 고정하고, l2+l1의 값을 50mm로 고정시킨 후, 베이스부(120)의 길이(l2) 값에 따른 무차원화된 밴드갭의 시작 주파수(fsa/c)의 값의 변화를 나타내었다. 도 4를 참조하면, 베이스부(120)의 길이(l2)가 증가할수록 밴드갭의 주파수가 낮아짐을 확인할 수 있다. 더불어, 베이스부(120)의 길이 값과 상관없이 전반적으로, fsa/c 의 값이 기존보다 작고, Δf/fc 의 값은 기존보다 큰 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단위 구조(U)의 개수는 3개 이상일 수 있다. 도 5에서는, 제 1 구조물(S1)의 끝단을 z축 방향으로 정현파 가진(F)을 하여, P1과 P2 지점 각각에 대해 z방향 변위를 측정한 후 투과계수(T)=20 log10(|w2|/|w1|) 값을 구하였다(|w1|과 |w2|는 각각, P1과 P2 지점에서의 z축 방향 진폭을 의미함, 도 6 참조). 도 5를 참조하면, 단위 구조(U)의 개수가 많을수록, 예를 들어 3개 이상의 단위 구조(U)를 가질 때, 낮고 넓은 주파수 대역에서 진동 전달의 차단이 가능함을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 절연 장치의 성능을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6에서는 전술한 내용을 토대로 낮고 ?÷? 밴드갭을 갖도록 설계한 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 절연 장치의 성능을 나타내고 있다. 도 6에서는, 기존 연구에서 알려진 수준인 fsa/c 와 Δf/fc 의 값이 각각 0.05, 1.83 보다 향상된 수준인, fsa/c 값을 0.04 이하, Δf/fc 의 값을 1.9 이상을 만족하도록 최적 설계한 진동 절연 장치의 성능을 수치적으로 해석한 결과를 나타내고 있다.
도 6을 참조하면, 두 가지의 단위 구조(A unit sell, B unit cell)를 설계하였고, 각각 기존 연구에서 알려진 수준보다 현저히 향상된 성능을 나타냄을 확인할 수 있다. (a) 그래프는 m, n, l2 값을 최적으로 설계한 두 가지의 단위 구조(A unit sell, B unit cell)가 무한 개 배열된 진동 절연 장치에 대하여, fsa/c 와 Δf/fc 의 값을 나타내고 있고, (b) 그래프는 (a) 그래프에서 Δf/fc 의 값이 최대인 경우의 두 가지의 단위 구조(A unit sell, B unit cell)에 대하여 각각 밴드갭, fsa/c, Δf/fc 의 값을 나타내었다. 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 절연 장치에서 두 가지 실시예에서 모두 낮고 넓은 주파수 대역에서 진동 전달의 차단 성능이 우수함을 확인할 수 있다. 참고로, 도 6의 (b)는 band structure를 도시한 것으로, x축은 wave vector(파장의 역수 값과 같음)를 (π/a)에 대해 무차원화한 값이며, 붉은 색이 도시된 영역에는 그에 매칭되는 wave vector가 존재하지 않기 때문에(곡선이 존재하지 않음) 파동이 전파될 수 없음을 확인할 수 있습니다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 절연 장치에서 발생되는 응력을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 단위 구조(U)가 3개일 때, 제 1 구조물(S1)의 끝단을 z축 방향으로 1N 크기의 정현파 가진(F)을 한 경우, 변형부(140)의 최소 두께 (ht)와 폭(bt)을 갖는 지점을 기준으로 x축 방향으로 진동 절연 장치(100)에 작용하는 최대 응력의 크기를 측정하였다. 도 7에서 사용된 단위 구조(U)는 변형부(140)의 전체 길이(2*L1)가 60 mm, 베이스부(120)의 길이(l2)는 40 mm 이다. 도 7을 참조하면, 변형부(140)의 최소 두께 (ht)와 폭(bt)을 갖는 지점(x=0)으로부터 약 ±5 mm 떨어진 지점까지 응력이 집중됨을 확인할 수 있다. 즉, 변형부(140)의 최소 두께 (ht)와 폭(bt)을 갖는 지점 부위에, 변형부(140)의 전체 길이의 1/6 범위에 응력이 집중된다.
또한, 도 7에서 사용된 진동 절연 장치에 대하여 밴드갭 주파수 대역에서의 최대 응력 크기를 도 8에 나타내었다. 도 9를 참조하면, 작은 힘(1N)에도 항복 응력값을 상회하는 응력이 진동 절연 장치(100)에 작용되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 변형부의 파단이나 변형이 발생될 수 있는데, 이하, 이를 방지하기 위한 다른 실시예를 설명한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진동 절연 장치를 도시한 도면이고, 도 11 및 도 12는 도 10의 성능을 설명하기 위한 그래프이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 진동 절연 장치는 변형부(140)의 적어도 일부에 단위 구조(U)의 다른 부분보다 항복강도(yield strength)가 큰 재료로 이루어진 보강재(150)가 포함될 수 있다. 예를 들어, 보강재는 강철의 항복강도보다 약 9배 더 큰 값을 가지는 Dyneema로 이루어질 수 있다.
이 때, 전술하였듯이, 외부 진동에 의한 응력은 변형부의 최소 두께 (ht)와 폭(bt)을 갖는 지점에 집중된다, 또한, 주로 변형부(140)의 내부보다는 표면으로 갈수록 미치는 응력이 커지므로, 변형부(140)의 중심부의 표면에 보강재가 덮여질 수 있다.
앞서 언급하였듯이, 하나의 단위 구조(U)에서 변형부(140)의 전체 길이(2*l1)의 1/6 범위에 응력이 집중된다. 따라서, 보강재(150)가 덮여진 길이는 변형부의 길이의 1/6 이상일 수 있다.
도 9 및 도 11을 참조하면, 보강재(150)가 포함되지 아니한 진동 절연 장치의 경우 최대 응력이 2.24 GPa 정도이었으나(도 9), 보강재(150)가 포함된 진동 절연 장치의 경우 최대 응력이 0.09 GPa 정도로 보다 작은 응력이 작용하였음을 확인할 수 있다.
도 12를 참조하면, 보강재(150)가 포함된 진동 절연 장치의 경우, 보강재(150) 처리 후에도 낮고 넓은 주파수 대역에서 밴드갭이 유지되면서, 낮고 넓은 주파수 대역의 진동 전달 차단 효과가 뛰어남을 수치적으로 확인할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 두께와 폭이 점진적으로 작아지는 형태의 변형부를 갖는 복수 개의 단위 구조를 주기적으로 배열함으로써, 빔이나 평판 같은 구조물에서 전파되는 광대역 저주파(낮고 넓은 주파수 대역의) 진동을 효과적으로 차단할 수 있다. 또한, 최소 두께와 폭을 갖는 지점을 커버하는 변형부의 일 부분의 표면에 보강재를 덮음으로써, 변형부의 파단이나 변형을 방지할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100 진동 절연 장치 120 베이스부
140 변형부 150 보강재
S1, S2 구조물 U 단위 구조

Claims (16)

  1. 두 구조물 사이에서 진동의 전달을 차단하는 진동 절연 장치로서,
    연장되는 형태를 갖고, 상기 두 구조물 사이에서 연속적으로 연결되는 적어도 하나의 단위 구조로 구성되고,
    상기 단위 구조의 일부는
    연장될수록 상기 연장 방향에 수직한 단면적이 축소되는 형태를 갖고,
    상기 단위 구조의 연장 길이는 상기 진동의 파장보다 짧은, 진동 절연 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 구조는,
    상기 연장 방향으로 양 단부에 위치된 한 쌍의 베이스부; 및
    상기 한 쌍의 베이스부를 연결하고 중심으로 갈수록 상기 연장 방향에 수직한 단면적이 점진적으로 축소되는 형태를 갖는 변형부;
    를 포함하는, 진동 절연 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 단위 구조는
    상기 중심을 기준으로 연장된 양측이 서로 대칭 형태를 갖는, 진동 절연 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 베이스부는
    상기 연장 방향에 수직한 단면적이 상기 연장 방향으로 따라 일정한 형태를 갖는, 진동 절연 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 변형부는
    상기 단면적이 상기 중심으로 갈수록 멱법칙을 따라 작아지는 형태를 갖는, 진동 절연 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 베이스부와 상기 변형부는 일체로 연결되되,
    상기 베이스부는 일정한 두께와 폭의 빔(beam) 또는 플레이트(plate) 형태를 갖고,
    상기 변형부는 상기 중심으로 갈수록 두께와 폭이 모두 점진적으로 작아지는 형태를 갖는, 진동 절연 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 베이스부의 길이는 상기 변형부의 길이보다 긴, 진동 절연 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 변형부는 상기 중심으로 갈수록 하기의 수식을 따라 폭이 작아지는 형태를 갖고,
    b(x) = (bo-bt)(x/l1)n + bt
    상기 수식에서, b(x)는 변형부의 폭, bt는 중심에서의 변형부의 폭, bo는 변형부의 끝단에서의 폭, n은 양의 실수 l1은 변형부의 끝단에서 중심까지의 길이를 나타내는, 진동 절연 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 변형부는 상기 중심으로 갈수록 하기의 수식을 따라 두께가 작아지는 형태를 갖고,
    h(x) = (ho-ht)(x/l1)m + ht
    상기 수식에서, h(x)는 변형부의 두께, ht는 중심에서의 변형부의 두께, ho는 변형부의 끝단에서의 두께, m은 양의 실수 l1은 변형부의 끝단에서 중심까지의 길이를 나타내는, 진동 절연 장치.
  10. 두 구조물 사이에서 진동의 전달을 차단하는 진동 절연 장치로서,
    연장되는 형태를 갖고, 상기 두 구조물 사이에서 연속적으로 연결되는 적어도 하나의 단위 구조로 구성되고,
    상기 단위 구조의 일부는
    연장될수록 상기 연장 방향에 수직한 단면적이 축소되는 형태를 갖고,
    상기 단위 구조는,
    상기 연장 방향으로 양 단부에 위치된 한 쌍의 베이스부; 및
    상기 한 쌍의 베이스부를 연결하고 중심으로 갈수록 상기 연장 방향에 수직한 단면적이 점진적으로 축소되는 형태를 갖는 변형부;
    를 포함하며,
    상기 변형부의 적어도 일부에는 상기 단위 구조의 다른 부분보다 항복강도(yield strength)가 큰 재료로 이루어진 보강재가 포함된, 진동 절연 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 변형부의 중심부의 표면에는 상기 보강재가 덮여진, 진동 절연 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 연장 방향으로 상기 보강재가 덮여진 길이는 상기 변형부의 길이의 1/6 이상인, 진동 절연 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 단위 구조는 상기 두 구조물과 동일한 재료로 이루어지는, 진동 절연 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 단위 구조는 상기 두 구조물과 일체로 연결되는, 진동 절연 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 두 구조물은 빔(beam) 또는 플레이트(plate) 형태를 갖는, 진동 절연 장치.
  16. 삭제
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