KR20060019527A - 진동 및 음향 방출 제어를 위한 능동/수동 흡수재 - Google Patents

진동 및 음향 방출 제어를 위한 능동/수동 흡수재 Download PDF

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Abstract

진동과 음향 RADIATIN 제어를 위한 능동/수동 흡수재는 2개의 층을 포함한다. 제 1 층은 주 평면에 대하여 수직한 방향으로 운동이 가능하도록 단위 면적당 낮은 끈기를 갖는다. 제 2 층은 주로 매스 층이다. 이러한 2개의 조합된 층은 주 구조물의 하나와 밀접한 공진 주파수를 갖는다. 결합된 장치의 동적 거동은 능동/수동 흡수재를 수동 흡수재로 만든다. 그러나, 제 1 층은 주 평면에 대하여 수직한 방향으로 운동을 유도하도록 전기적으로 능동화될 수 있다. 이러한 추가적인 성질은 매스 층의 운동을 유도 및/또는 변화시킬 수 있으며, 그리하여 능동/수동 흡수재 시스템의 동적 성질들을 개선시킬 수 있다. 능동/수동 흡수재는 다중의 매스 층들 및 하나가 다른 하나의 상부에 적층되는 다중 탄성 층을 구비한다. 또한, 매스 층들은 연속적인 층 또는 불연속적인 층이 될 것이며, 매스 층에서 소정의 구간들 및/또는 세그멘트들에 대하여 가변적인 두께와 형상을 가진다.
진동, 음향, 흡수재, 능동, 수동, 매스 층, 탄성 층

Description

진동 및 음향 방출 제어를 위한 능동/수동 흡수재 {ACTIVE/PASSIVE ABSORBER FOR VIBRATION AND SOUND RADIATION CONTROL}
본 발명은 전반적으로 진동 흡수재, 특히 진동 및 음향 방출을 제어하기 위한 능동/수동 분산 진동 흡수재에 관한 것이다.
능동 및 수동 잡음 감소 제어 기술은 널리 공지되어 있으며, 진동체, 예를 들어 항공기 등에서 진동 및 이에 수반되는 음향 방출을 감소 및/또는 제어하는데 일반적으로 사용되고 있다. 많은 경우, 능동 잡음 감소 기술은 진동 및 잡음을 적절히 감소시키지만, 고가의 복잡한 제어 시스템을 필요로 한다. 유사하게, 수동 잡음 감소 기술이 또한 진동 및 잡음을 감소시키는 것으로 공지되어 있지만, 이러한 수동 시스템은 전형적으로 부피가 크고 무거우며, 낮은 진동 주파수에 대해서는 효과적이지 않다.
기본적으로, 능동 진동 제어 시스템은 진동체로부터 진동 또는 잡음을 검출하는 센서를 사용한다. 센서는 진동 또는 잡음을 시그널로 전환 시킨 후, 이러한 시그널을 반전(invert)시키고 증폭시킨다. 그 후, 반전된 시그널은 액튜에이터 (actuator)(또는 확성기(loudspeaker))로 피드백되며, 이러한 액튜에이터 (또는 확성기)는 반전된 시그널을 진동체에 제공하여 진동 또는 잡음을 감소시킨다. 전형적으로 능동 제어 시스템은 1000 Hz 미만과 같은 보다 낮은 주파수에서 효과적이다.
능동 제어 시스템을 적절히 이용하기 위해, 적절한 센서 및 액튜에이터의 선택이 능동 제어 시스템의 기능성에 결정적이다. 즉, 부적절한 센서 또는 액튜에이터가 선택된 경우, 능동 제어 시스템은 시그널을 적절히 반전시키고 증폭시키지 못하여, 진동체의 진동 및 잡음을 적합하게 감소시키지 않을 것이다. 또한, 센서 및 액튜에이터를 진동체상에 서로에 대해서 뿐만아니라 진동 구조체와 관련된 진동에 대해 적절히 정위시키는 것이 능동 진동 제어 시스템의 기능에 결정적이다. 예를 들어, 센서 및 액튜에이터가 적절히 정위되지 않은 경우, 반전된 시그널이 적절히 증폭되지 않아서 진동체상의 진동을 상쇄시킬 수 없다. 또한, 시그널을 반전시킬 수 있는 정확한 피드백 회로를 제공하는 것이 매우 중요한데, 이는 이러한 회로가 진동 제어의 효율 및 이의 주파수 범위를 결정하기 때문이다.
능동 제어 시스템과 대조적으로, 수동 감쇠(damping) 시스템은 보통 훨씬 덜 복잡하고 덜 비용이 든다. 그러나, 이러한 감쇠 시스템은 부피가 크고, 대체로 500 Hz 보다 큰 보다 높은 주파수에서 효과적일 뿐이다. 수동 감쇠 시스템의 치수가 진동체의 진동의 파장과 필적하는 것은 이러한 보다 높은 주파수에서 나타난다.
또한, 능동 및 수동 진동 시스템을 결합시키는 것은 진동 제어 시스템의 실시에서 일반적이다. 그러나, 이러한 하이브리드 능동/수동 동적 진동 제어 시스템 은 제어력을 통해 시스템에 추가되는 에너지를 필요로 하는 수동 시스템에 의해 달성되는 약화(attenuation)에 비해 개선된 약화를 제공한다.
포인트 튜닝된 진동 흡수재는 진동체의 진동을 감쇠시키는 또 다른 방법이다. 그러나, 포인트 흡수재는 하나의 포인트에서 하나의 주파수를 제어할 뿐이며, 이로써 진동체의 커다란 면적에 걸쳐서 진동을 제어하는데 있어서 이의 기능에 제한을 받는다.
본 발명의 목적은 분산 능동 진동 흡수재 및 분산 수동 진동 흡수재를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 진동을 감지하기 위한 센서를 포함하는 분산 능동 진동 흡수재, 제어 시그널을 유도시키기 위한 메커니즘, 및 제어 시그널을 이용하여 진동 흡수재의 피드 포워드(feed forward) 및/또는 피드백 제어를 달성하기 위한 메커니즘을 포함하는 분산 능동 진동 흡수재를 제공하는데 있다.
본 발명에 따르면, 다수의 공명층을 지닌 분산 능동 진동 흡수재가 제공된다. 하나의 구체적인 예에서, 제 1층은 능동 탄성층, 바람직하게는 단위 면적 당 낮은 강성도를 지닌 능동 탄성층을 포함한다. 제 2층은 매스 층(mass layer)이며, 능동 탄성층의 각각의 파형 부분의 최상부에 부착되어 있다. 다음으로, 공명층은 결합된 능동 탄성층 및 매스 층을 포함한다. 그 후, 다수의 공명층은 서로의 상부에 정위될 수 있고, 이들 공명층은 동일하거나 다양한 크기 및 형태 (예를 들어, 볼 베어링, 얇은 평평한 직사각형 등)의 이산된 매스(mass) (연결되지 않아서 일체형 "층"을 형성하지 않는 매스)를 지닐 수 있다. 또 다른 구체예서, 능동 또는 수동 진동층은 탄성 물질, 예를 들어 발포체(foam), 섬유유리, 고무 또는 유사한 물질을 포함하며, 매스 층은 탄성 물질내에 분산되어 있거나 탄성 물질의 표면에 부착되어 있다. 매스 층은 다양한 크기, 두께 또는 형태의 이산된 매스 섹션으로 이루어질 수 있다. 또한, 액튜에이터, 예를 들어 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF), 압전 세라믹 또는 그 밖의 전자기계적 장치가 탄성 물질내에 깊숙이 박혀 있게 된다.
능동 탄성층은 이의 주 평면에 대해 수직 방향으로 운동할 수 있게 하는 낮은 강성도를 지닌다. 능동 탄성층은 또한 이의 주 평면에 수직 방향으로 운동을 유도하도록 전기적으로 작동될 수 있다. 이러한 추가의 특성은 제어기가 매스 층의 운동을 유도 및/또는 변화시켜서 전체 시스템의 동적 특성을 개선시킬 수 있게 한다. 이러한 2개의 결합층은 주요 구조 및 강성도에 따라 임의의 공명 주파수를 지닐 수 있고, 바람직하게는 주요 구조의 하나에 근접한 공명 주파수를 지닐 수 있다.
능동 탄성층은 바람직하게는 곡선형 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF) 층이지만, 이는 동일하게 압전 세라믹, PZT 고무, 전자기계적 장치 등일 수 있다. 추가로, 능동 탄성층은 주름부(corrugation)가 완전히 원을 이루어 매스 층을 지지하는 관형 구조가 되도록 완전 곡선형 PVDF로 또한 이루어질 수 있다. 능동 탄성층은 전압이 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 적용되는 경우에 능동 탄성층이 전기적으로 활성화될 수 있도록 표면상에 전극을 포함한다. 이러한 전기적 활성화는 전기장을 생성시킨다. 능동 탄성층이 전기장의 영향하에서 기계적으로 수축하고 팽창하는 압전 물질인 것이 또한 고려된다. 이를 위해, 매스 층의 양쪽 측면상의 2개의 평면 사이의 거리는 능동 탄성층이 전기장의 영향하에서 기계적으로 수축하고 팽창하는 경우에 변화한다.
매스 층이 진동 구조체의 전체 질량의 약 10% 이하의 중량을 차지하고, 매스 층의 두께가 진동 구조체의 단위 면적당 중량에 비례하는 것이 바람직하다. 그러나, 매스 층은 진동 구조체의 전체 질량의 10% 미만일 수 있다. 진동 구조체가 보다 작은 진폭의 모드 기여 (modal contribution)를 지니는 경우와 비교하여 진동 구조체가 큰 진폭의 모드 기여를 지니는 경우에 면적이 보다 큰 매스 층을 제공하는 것이 본 발명에 의해 추가로 고려된다.
매스 층은 또한 진동체의 모드 기여에 따라 일정한 질량과 일정한 두께를 지니거나 일정한 질량과 다양한 두께를 지닐 수 있다. 매스 층이 진동 구조체의 국부적으로 다양한 반응 특성에 부합하는 것이 바람직한데, 이는 특히 매스 층의 두께가 달라지는 경우에 그러하다.
매스 층은 또한 진동 구조체의 다양한 반응에 대한 부합을 촉진시키기 위해 장치의 축 방향으로 이산될 수 있다.
추가의 구체 예에서, 능동 탄성층은 능동 탄성층의 축방향 운동을 억제하도록 각각의 측면에 부착된 플라스틱 시이트를 포함한다.
따라서, DAVA는 원하지 않는 진동 및/또는 음향을 감소시키기 위해 기계적으로 및 전기적으로 튜닝될 수 있다. 제 1층은 낮은 강성도를 지닌 능동 물질로 이루어져서, 조밀한 물질로 이루어진 제 2층의 운동을 가능하게 할 수 있다. 다수의 공명 주파수를 지닌 다수의 층 또는 다수의 이산된 층일 수 있는 층들은 운동 에너지의 재분배를 전체적으로 변형시키도록 설계된다. 더욱이, 본 발명의 DAVA는 다수의 주파수에 대해 진동 구조체의 전체 영역 또는 커다란 영역에 걸쳐서 진동을 제어하며, 전기적으로 활성화될 수 있다.
전술한 목적 및 그 밖의 목적, 양태 및 이점은 도면을 참조로 하여 하기 본 발명의 바람직한 구체예의 상세한 설명으로부터 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 첫 번째 구체예의 분산 능동 진동 흡수재 (DAVA)의 개략도이다.
도 2는 전기적 여기하에서 DAVA의 능동 탄성층의 운동을 도시한다.
도 3은 기계적 여기하에서 DAVA의 능동 탄성층의 운동을 도시한다.
도 4는 DAVA의 전극에 대한 연결부의 개략도이다.
도 5는 포인트 흡수재와 비교하여 DAVA의 성능을 측정하는데 사용된 실험 장치를 도시한다.
도 6은 100g 중량의 6" 분산 흡수재 (활성화되지 않음), 100g 중량의 포인트 흡수재 및 100g 중량의 분산 매스 층을 지닌 도 5에 도시된 시험 장치의 결과를 도시한다.
도 7은 도 5의 시뮬레이션 장치의 결과를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 8은 본 발명의 DAVA를 사용하여 수행된 능동 제어 실험을 도시한다.
도 9는 본 발명과 관련하여 사용되는 제어기 및 시험 장치의 레이아웃을 도시한다.
도 10은 일정한 질량 분산 DAVA를 사용한 능동 제어 실험의 결과를 도시한다.
도 11은 최적으로 달라지는 질량 분산을 지닌 DAVA를 도시한다.
도 12는 매스의 두께가 다양한 매스 층을 지닌 진동 흡수재의 단면도이다.
도 13은 매스가 이산된 (도 12에 도시된 바와 같이 일체형이지 않음) 매스 층을 지닌 진동 흡수재의 단면도이며, 또 한편 매스는 다양한 위치에서 다양한 두께를 지닌다.
도 14는 감쇠를 겪고있는 구조체의 반대쪽의 DAVA의 측면상에 있는 진동성 음향 또는 그 밖의 진동성 입력이 탄성층내로 침투하게 하여 탄성층 및 매스 층의 결합을 사용하여 감쇠될 수 있도록 하는 천공된 매스 층을 지닌 DAVA를 도시하며, 추가로 도 14의 구조체는 상부 매스 층으로부터 원하지 않는 음향 방출을 감소시키기 위해 사용될 수 있다.
도 15는 다양한 매스 층내에 다양한 크기 및 형태의 이산된 매스를 지닌 진동 흡수재의 단면도이다.
도 16은 튜브내에 배치된 PVDF 또는 탄성 물질을 포함하는 능동 또는 수동 스프링층에 의해 지지되는 매스 층을 도시한다.
본 발명의 분산 능동 진동 흡수재(DAVA)는 바람직하게는 진동을 받는 구조체를 감쇠시키는데 사용될 수 있는 질량에 제한된다. 전형적으로, 본 발명의 DAVA는 구조체의 전체 질량의 10%를 초과하지 않는 중량을 지니지만, 적용시에 DAVA는 구조체의 전체 질량의 10%를 초과하는 중량을 지닐 수 있다. 최대의 운동을 지녀서 잠재적으로 커다란 모드 기여를 지니는 영역의 경우, DAVA의 질량은 적은 운동을 지닌 영역과 비교하여 보다 클 것으로 예상된다. 또한, 이러한 영역에 있는 분산 흡수재의 국부적 공명이 교란(disturbance)의 여기 주파수에 근접한 경우에 DAVA의 효율이 보다 크다. 그 밖의 영역의 경우, 공명 주파수는 이러한 여기 보다 높거나 낮을 수 있다. 국부적으로, DAVA는, 국부적으로 배분된 질량이 전체 질량의 일부이고 이러한 이유로 국부적 강성이 전체적 강성의 일부가 되도록 공지된 포인트 흡수재와 거의 동일한 공명 주파수를 지닌다. 본 발명의 DAVA는 다수의 주파수에 대해 진동 구조체의 전체 또는 커다란 면적에 걸쳐서 진동을 제어하는 분산 시스템이며, 바람직하게는 전기적으로 활성화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 구체예의 분산 능동 진동 흡수재 (DAVA)의 개략도이다. 바람직한 구체 예에서, 본 발명의 설계는 2층 설계를 따른다. 제 1층(14)은 전기적으로 활성화될 수 있는 단위 면적 당 경성이 낮은 능동 탄성층이며, 바람직하게는 10마이크로미터의 두께를 지닌 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)이다. 제 1 층(14)은 또한 압전일렉트릭 세라믹, PZT 고무, 금속, 전기 기계 장치 등 일 수도 있다. 능동 탄성층(14)은 또한 전기 액튜에이터(층 14)가 함침되어 있는 대쉬 라인 15로 확인되는 바와 같은 탄성 물질(예, 발포체)일 수도 있다. 거의 모든 물질(예를 들어 음향 발포체, 고무, 우레탄, 음향 섬유유리)이 사용될 수 있으며, 전기 액튜에이터는 PVDF, PZT 고무, 금속류(스프링 스틸과 같은 스프링 유사 특성을 지닌 것들), 중합체(플라스틱과 같은 탄성 또는 스프링 유사 특성을 지닌 것들), 압전세라믹스 또는 그 밖의 전기 기계 장치일 수 있다.
이하 명세서에서는 설명의 목적상 능동 탄성층(14)이 사용될 것이다. 그러나, 상기한 물질 및 진동 조절의 기술 분야에 널리 공지되어 있는 그 밖의 물질들 또는 물질들의 다중층이 동일하게 본 발명을 충족시킬 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. 더욱이, 명확성을 기하고자, 명세서의 나머지 부분에 걸쳐 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 도면부호가 이용될 것이다.
다시 도 1을 참조하여, 능동 탄성층(14)은 바람직하게는 운동폭을 증가시키고 계의 강성을 감소시키기 위해 곡선 모양(예, 물결 모양의 표면)을 지닌다. 본 발명의 구체 예들에서는, 능동 탄성층(14)은 무게가 가벼우며, 굽힘에 대한 내성이 있고, 바람직하게는 주름진 마분지와 같은 설계 특성을 지닌다. 제 2 층(16)은 두께가 일정하며 얇은 납 층으로 구성될 수 있는 분배된 매스 층(예, 흡수재 층)이다. 그러나, 상기 매스 층(16)의 매스 분포는 구조체(12)의 전체 또는 대부분의 영역에 걸쳐 매스 층(16) 내에 일반적인 형상을 지닌 다양한 매스들 또는 이산된 매스들을 포함할 수 있으며, 스틸, 알루미늄, 납, 복합 섬유유리 물질 등과 같은 그 밖의 적절한 얇은 시이트 물질도 본 발명을 수행할 때 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. 다양한 매스 분포를 사용하는 구체 예들에서는, 다양한 매 스 분포는 베이스 구조물의 국부적인 다양한 반응 특성을 이상적으로 매칭시키기 위해 DAVA의 국부적인 특성을 변경시킬 것이다. DAVA는 능동 탄성층과 매스 층의 2층 시스템으로 국한되지 않으며, 본원에 기술된 발명의 개념을 사용하는 한, 다중층 시스템, 예를 들어 하나 이상의 능동층과 하나 이상의 매스 층을 지닌 3층 시스템 또는 그 이상의 층으로 이루어진 시스템일 수도 있는 것으로 또한 이해되어야 할 것이다.
매스 층(16)은 구조체(12)의 10% 중량으로 설계되고, 매스 층(16)의 두께는 구조체(12)의 단위 면적 당 중량에 직접적으로 의존한다. 예를 들어, 스틸 비임(steel beam) 또는 플레이트인 경우에, 균일한 납 층의 최대 두께는 능동 탄성층(14)의 중량은 무시하면서 하기와 같이 용이하게 계산될 수 있다:
hm/hp = (ρb/ρm)*10%=78000/11300*10%=7%
따라서, 6.35mm의 스틸 비임의 경우에, 본 발명의 DAVA의 매스 층(16)의 최대 두께는 0.44mm이다. 이는 DAVA가 구조체(12)(예, 비임) 표면의 전체 또는 대부분의 영역을 차지하고 있는 경우를 가정한 것이다. 이러한 중량 제한 때문에, 곡선 모양의 PVDF와 같은 능동 탄성층(14)은 매우 낮은 강성도를 지녀야 한다. 이는 특히 저주파수의 조절에 적합하다. 예를 들어, (납으로 이루어진) 1mm 두께의 매스 층(16)에 대해서는, 2mm 두께의 능동 탄성층(14)의 강성도는 1000Hz의 공명 주파수를 얻기 위해 9e+5N/m이다. 그러나, 앞서 논의한 바와 같이, DAVA는 다중 주파수 이상으로 진동 구조체 전체 또는 대부분의 영역에 걸친 진동을 조절할 수 있 다.
앞서 간략하게 논의한 바와 같이, 본 발명의 추가의 능동 탄성층(14)과 매스 층(16)을 지닌 다중층을 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. 예로써, 적어도 둘 이상의 능동 탄성층(14)이 적어도 둘 이상의 매스 층(16)과 교대로 적층될 수 있다. 추가의 구체 예에서는, 진동 구조체의 상이한 주파수를 조절하기 위해 각각의 능동 탄성층(14)은 따로따로 튜닝될 수 있고 각각의 매스 층(16)은 상이한 매스를 지닐 수 있다. 물론, 본 발명의 구체예들은 상기한 설명 목적의 예로 한정되지 않으며, (상이한 주파수를 조절하도록 튜닝되는) 다소의 능동 탄성층(14)을 동일하게 포함할 수 있으며, (상이한 매스를 지닌) 다소의 매스 층(16)을 포함할 수 있다.
액튜에이터, 예를 들어 능동 탄성층(14)의 각 측면에는 전극(15)으로 작용하는 은으로 구성된 2개의 얇은 층이 있는 것이 바람직하다. 능동 탄성층의 어디에도 위치할 수 있는, 바람직하게는 반대편에 위치하는) 이들 전극(17) 사이에 전압이 인가되는 경우, 능동 탄성층(14)에는 전기장이 발생된다. 능동 탄성층(14)은 바람직하게는, 전기장의 영향하에 기계적으로 수축하거나 팽창하는 압전 물질이다.
도 2는 전기 자극하에서의 능동 탄성층(14)의 운동을 보여주고 있다. 도 2는 도 1에 도시된 능동 탄성층(14)이 에폭시에 의해 2개의 얇은 플라스틱 시이트(18) 상에 접합되어 있고 구조체(12)와 (납 또는 그 밖의 적합한 물질일 수 있는) 매스 층(16)과 접하는 지점을 교대로 나타낼 수 있다. 능동 탄성층(14)의 양 측면 상의 2개의 플라스틱 시이트(18)는 어떠한 축방향 운동도 제지한다. 라인 30은 휴 식기의 능동 탄성층(14)을 나타내고 라인 32는 -V가 인가될 때의 능동 탄성층(14)을 나타낸다. 또한, 라인 34는 +V가 인가될 때의 능동 탄성층(14)을 나타낸다. 도 2로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 능동 탄성층(14)의 길이는 능동 탄성층(14)에 전압이 인가될 때 변하며, 그 결과로, 매스 층(16)의 각 측면상의 2개의 평면 사이의 거리가 변한다. DAVA의 설계는 능동 탄성층(14)의 평면내 운동을 능동 탄성층(14)의 평면외 운동으로 전환시킨다. 도 2는 능동 탄성층(14)의 형상이 상이한 응력하에서 굽혀질 수 있으며, 실제로, 능동 탄성층(14)의 운동이 작아서 선형이라 말할 수 있는 방식을 강조하고 있다.
분석의 단순화를 위해, 주름진 부재, 예를 들어 능동 탄성층(14)(도 1 참조)는 다수의 스프링을 구성하는 것으로 이해되어야 한다. 이들은 매스(16) 없이 쉽게 압축되지만, 일단 매스(16)가 적용되면, 이들은 쉽게 압축되지 않는다. 또한, 매스(16)는 일단 적용되면 다수의 스프링에 걸쳐 분포된다.
도 3은 기계적 자극 하에서의 능동 탄성층(14)의 운동을 보여주고 있다. 특히, 라인 40은 휴식기에서의 능동 탄성층(14)을 나타내고, 라인 42는 음(-)의 하중이 적용될 때의 능동 탄성층(14)을 나타낸다. 또한, 라인 44는 양(+)의 하중이 적용될 때의 능동 탄성층(14)을 나타낸다. DAVA가 기계적인 힘에 의해 강제될 때, 능동 탄성층(14)의 길이는 변하지 않지만, 능동 탄성층(14)의 형상은 변경된다. 시뮬레이션에서 매스 층(16)의 전단력이 무시되므로 매스 층(16)의 굽힘 강성도는 고려되지 않음에 주목해야 한다.
DAVA의 단위 면적 당 강성도는 낮지만 진동 구조체의 연장 영역에 분포된 전 체 DAVA의 강성도는 높다는 점을 주목하는 것은 중요하다. DAVA의 강성도 및 그에 따른 공명 주파수는 DAVA의 특정 적용에 따라 조정될 수 있지만 굽힘 강성도는 능동 탄성층(14)의 주름진 부분의 공간적인 파장 및 진폭에 따라 달라 보다 큰 파장이 보통 방향에서의 굽힘 강성도를 감소시킨다는 점을 주목하는 것도 또한 중요하다. 수직 방향에서의 DAVA의 굽힘 강성도는 매우 높으며 바람직하게는 벌집 구조체와 유사하다는 점도 또한 주목해야 한다. 더욱이, DAVA의 횡단 강성도는 국부적으로 작고, 전체적으로는 유사한 매스를 지닌 포인트 흡수재와 같은 강성도를 지닌다. 따라서, 능동 탄성층(14)의 개개 시이트가 매우 유연함에도 불구하고 DAVA는 전체적으로는 분쇄에 매우 내성적이다.
능동 탄성층(14)의 횡단 강성도 및 그에 따른 공명 주파수는 능동 탄성층(14)의 높이, 주름진 능동 탄성층(14)의 파장, 능동 탄성층(14)의 두께 및 능동 탄성층(14)의 전극들 사이의 전기 분로(electric shunt)에 의해 조정될 수 있다. 구체적으로, 능동 탄성층(14)의 두께를 증가시키면 DAVA의 횡단 강성도는 감소한다. (본 발명에서와 같이) 진동 구조체의 연장된 영역에 대하여 공형의 디바이스를 가지기 위해서는, 이러한 두께는 매우 많이 증가될 수 없다. 변경될 수 있는 제 2 파라미터는 능동 탄성층(14)의 파장이다. 그 결과, 능동 탄성층(14)의 파장이 크면 클수록 능동 탄성층(14)의 횡단 강성도는 감소한다. 이러한 파라미터 변화도 또한 제한되는데, 이는 파장이 소요의 파장에 비하여 작은 채로 있어야 하기 때문이며, 그렇지 않으면 DAVA는 이의 분포 특성을 상실할 수 있다.
능동 탄성층(14)의 두께는 DAVA의 강성도에 영향을 주기 위해 조정될 수 있 는 또 다른 파라미터이다. 예를 들어, 능동 탄성층(14)이 얇아지게 되면 능동 탄성층(14)의 강성도는 낮아질 것이다. 능동 탄성층(14)의 횡단 강성도를 변경시키기 위한 마지막 해법은 능동 탄성층(14)의 압전 특성을 사용하는 것이다. 예를 들어, 전기 분로는 능동 탄성층(14)의 강성도에 약간의 변화를 줄 수 있다. 따라서, 능동 탄성층(14)에 능동 입력이 제공될 때, 능동 탄성층(14)은 마치 기계적 강성도가 보다 작거나 보다 큰 것처럼 거동하도록 조절될 수 있다.
DAVA는 PVDF 시이트, 또는 그 밖의 상기한 바와 유사한 시이트를 이의 주요 방향(PVDF는 능동 자극 하에 변형이 보다 큰 방향을 가지며, 이 방향이 흡수재 및 기부 구조체의 주요 진동 방향이다)을 따라 절단함으로써 제조될 수 있다. 그런 다음, 은 전극의 바람직하게는 1 내지 2mm가 PVDF 시이트의 가장자리에서 제거된다. 바람직한 구체 예에서는, 아세톤이 은 전극(17)을 제거하기 위한 매우 양호한 용매이다. 세 번째 단계는 각각의 전극(17)에 연결된 커넥터를 설치하는 것이다. 도 4는 DAVA의 전극에의 연결을 개략적으로 보여주고 있다. 구체적으로, 리벳(20)을 지지하기 위한 능동 탄성층(14)의 일측 단부의 2개의 영역이 선택된다. 이들 영역은 이들의 일측상에만 전극(17)을 지닌다. 리벳(20)이 하나의 전극(17)만 접촉 상태를 유지할 수 있도록 하기 위해 각각의 영역에서 하나의 전극(17)이 제거된다. 리벳(20)의 직경 보다 약간 작은 구멍이 이들 영역에서 커팅되고, 리벳이 리베팅 플리어를 사용하여 적절하게 위치될 수 있도록 각 리벳(20)의 상부가 와이어(22)에 용접된다. 이러한 구체예에서는, 보다 견고한 연결을 위해 능동 탄성층(14)의 배면에 부가적인 플라스틱 단편(24)이 놓여진다. 그런 다음, 당해기술분야 에 공지되어 있는 리베팅 플리어를 사용하여 리벳(20)이 리벳 홀에 놓여진다. 부가적인 와이어(도시되어 있지 않음)가 다른 전극에 연결되고, 이어서 2개의 와이어가 전기 커넥터에 용접된다. 이러한 연결 조작의 정확성은, 높은 전압이 DAVA의 PVDF 능동 부분을 구동시킬 수 있기 때문에 중요하다. 당업자라면 그 밖의 많은 다른 전기적 연결 형태가 본 발명의 실시에 사용될 수 있다는 것을 이해하고 있을 것이다.
이후, 능동 탄성층은 바람직하게는 진동이 감소되는 소정의 구조체에 적합한 명세대로 주름져지게 된다. 이는 다수의 방법으로 달성될 수 있다. 하나의 바람직한 방법으로, 눈금이 있는 스틸 핀 세트 사이에 PVDF를 세팅하고 이를 소정의 기간 동안 유지시키는 것이 고려된다.
진동이 감소되는 구조체에 PVDF를 용이하게 부착시키기 위해서 그리고 매스를 PVDF에 용이하게 부착시키기 위해 PVDF의 어느 한쪽(상부 및 바닥)에 플라스틱 시이트(도시되어 있지 않음)가 부착된다(예를 들어, 접착제 또는 그 밖의 적합한 결합 물질이 시이트가 주름진 구조체에 부착된 후 플라스틱 시이트에 균일하게 적용될 수 있다). 또한, 플라스틱 시이트는 PVDF를 진동 구조체 및/또는 적용된 매스로부터 전기적으로 단리시키는 데에도 이용될 수 있다. 또한, 주름진 PVDF는 발포체 또는 그 밖의 탄성 물질 내에 정위될 수도 있다. 이는 탄성 물질을 PVDF의 표면상에 증착시키고 PVDF를 탄성 물질내로 삽입시킴으로써 달성될 수 있다. 상기한 바와 같이, PVDF 대신에 대안적인 액추에이터 물질(예, 금속, 압전 세라믹스 등)도 이용될 수 있다. PVDF는 또한 매스를 지지하는 관형상의 구조체를 형성시키기 위해 주름이 이들 자신을 감싸도록 완전히 만곡될 수도 있다. 일부 수동 적용시에, 플라스틱 또는 스프링 스틸과 같은 다른 물질이 주름진 스프링층에서 관을 만드는데 사용될 수 있다.
도 5는 포인트 흡수재와 비교되는 DAVA의 성능을 측정하는데 사용된 실험 설비를 보여주고 있다. 이러한 실험은 시뮬레이션을 조율하고 확인하는데 그 목적이 있다. 잡음 발생기(40)는 0 내지 1600Hz 주파수 대역의 백색 잡음 시그널을 제공한다. 이러한 시그널은 증폭기(42)에서 증폭되고 전압 스텝-업 트랜스포머(44)를 통해 통과된다. 트랜스포머(44)의 출력은 차후에는 지지된 비임을 작동시키는 PZT를 구동시키는데 사용된다. 레이저 속도계(46)는 비임을 따라 보통의 속도를 측정하고, 이의 출력은 데이터 이득 시스템(48)(예, 퍼스널 컴퓨터, 이득 카드(acquisition) 및 어쏘시에이티드 소프트웨어)에 의해 획득된다. 이후, 데이터를 후가공하는데 퍼스널 컴퓨터(50)가 사용된다.
도 6은 비임의 평균 제곱 속도를 나타낸다. 이러한 데이터는 비임의 평균 운동 에너지와 관련될 수 있으며, 모든 지점의 제곱 속도를 합산하고 지점의 수(예, 23)로 나눔으로써 산정된다. 평균 제곱 속도는 자극의 볼트에 대하여 규격화되고 100Hz 내지 1600Hz로 제시된다. 이러한 주파수 대역은 40Hz에 있는 비임의 제 1 모드를 포함한다. 라인 50을 제외한 도 6의 모든 라인은 동일한 매스를 갖는 진동 제어 시스템을 보여준다(예를 들어, 국부적인 및 분배된 흡수재는 100g을 갖는다). 라인 50은 비임의 제 2 내지 제 6 모드가 순차적으로 관찰될 수 있도록 비임만의 측정치를 나타낸다. 라인 52는 포인트 흡수재가 100g인 비임의 거동을 나 타낸다. 이러한 흡수재의 공명 주파수는 850Hz이며, 제 5 모드에 영향을 줄 것이다. 이러한 모드는 보다 작은 피크 값을 갖는 2개의 공명으로 분할된다. 포인트 흡수재는 이의 부착 포인트에서 진동을 감소시키며, 이는 실제로 비임의 평균 제곱 속도를 증가시킨다는 점에 주목하여야 한다. 보다 나은 튜닝(흡수재의 공명 주파수는 1000Hz)의 경우에, 이들 피크 값은 축의 우측으로 약간 이동될 것이며, 그 중심값은 1000Hz이다. 라인 54는 DAVA와 함께 비임의 거동을 나타낸다. 이 실험에서, DAVA는 수동 장치로서 사용된다. DAVA에 의해 제공된 감쇠는 포인트 흡수재와는 상이한 것으로 보여질 수 있다. 거의 모든 주파수에서, DAVA는 포인트 흡수재 보다 우수한 비임 진동의 전체 감쇠를 제공하며, 특히 모달 공명 피크에서 더욱 그러할 것이다. 유사한 결과가 도 7의 시뮬레이션 장치에서 보여진다. 도 6의 라인 50, 52, 54는 도 7의 라인 50, 52, 54와 동일하다. 제 3, 제 4 및 제 6 모드에서도 또한 상당한 감소가 달성된다. 포인트 흡수재가 비교적 매우 작은 감소를 달성한다는 점에 주목해야 한다. 도 6의 라인 55 및 도 7의 라인 55에 의해 나타내어진 부가된 매스는 공명 주파수에 있어서의 약간의 변화만을 나타내며 약간의 감소만을 부가한다. 동일한 중량의 분배된 매스는 DAVA 만큼의 진동 감쇠를 나타내지 못한다. 알 수 있는 바와 같이, DAVA는 포인트 흡수재와 개념상 유사한 비임 진동을 조절하기 위해 분배된 영역에 걸쳐 동적 효과 및 그로 인한 이의 개선된 성능특성을 사용함으로써 작동한다.
도 6 및 도 7의 시뮬레이션은 2가지 유형의 흡수재, 예를 들어 본 발명의 DAVA와 포인트 흡수재 사이의 차이점을 명확하게 보여준다. 예를 들어, 포인트 흡 수재는 진동 구조체 상의 단일 지점 및 단일 주파수에서 반응을 감소시키는데 매우 효율적이다. 에너지는 상이한 주파수 대역으로 조금 이동하며 2개의 새로운 공명이 발생한다. 그러나, DAVA는 이러한 결함을 갖지 않으며, 비임의 평균 제곱 진동 에너지는 비임의 모든 공명 주파수에 대하여 감소되고, 어떠한 공명도 새로이 나타나지 않는다. 따라서, DAVA는 상이한 주파수에서 한꺼번에 수개의 모드를 잠재적으로 조절할 수 있다. 이러한 특성은 플레이트와 같은 모드 밀집 구조체의 감소에 매우 유용할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 DAVA를 사용하여 수행된 능동 제어 실험을 나타낸다. 제어 장치는 에러 센서들로서 3개의 가속도계(60), 패스 밴드(pass-band) 필터들(64) 및 정방향 LMS 컨트롤러(62)(C40 DSP 보드 상에서 구현됨)를 채용한다. 진동 측정은 레이저 속도계(46)를 사용하여 다시 수행된다. 장애는 컨트롤러(62)를 실행시키는데 사용된 동일한 DSP에 의해서 발생되는 백색 잡음(white noise)이다. 컨트롤러(62)는 DAVA의 능동 부분을 이용하여 빔을 제어함으로써 에러 센서 신호들을 최소화시킨다. 컨트롤러의 모든 입력 및 출력은 밴드 패스 필터들(64)에 의해서 걸러진다. 제어 알고리즘은 진동 제어의 분야에서 널리 알려진 LMS 알고리즘으로, 이는 입력 세트를 알리는 에러 신호를 최소화하도록 N개의 적응성 필터들 세트를 최적화한다. 알고리즘은 선형 장치를 모델화하도록 사용될 수 있다. 기울기 방법(gradient method)은 장치 입력들의 N개의 지난 값들과 연관될 최적 중량을 찾아내는데 사용된다. 기울기 조사(gradient search)에 사용된 에러 신호는 장치의 실제 출력과 적응성 필터의 출력 사이의 차이이다.
도 9는 DAVA의 성능을 테스트하기 위한 컨트롤러와 테스트 리그(test rig)의 레이아웃을 나타낸다. 이 실험에 있어서, 장애 신호는 참조 신호로서 사용되고, DAVA와 도 8의 각각의 에러 센서(=가속도계)(60) 사이의 전달 기능의 측정에 의해서 걸러진다. 이러한 전달 기능들은 LMS 알고리즘을 사용한 장치 확인에 의해서 얻어지고, 컨트롤러 소프트웨어는 DAVA 상에 있는 능동 입력을 사용하여 에러 센서 위치들에서의 진동을 최소화한다. 이러한 능동 제어 실험에 대한 각기 다른 매개변수들을 하기 표 1에 나타내었다.
표 1 능동 제어에 대한 매개변수들
Figure 112005513417684-PCT00001
에러 센서들(60)은 빔의 중앙으로부터 -7.5", -1.5" 및 5.5"에 각각 위치하고 있다. 진동 측정은 레이저 가속도계를 사용하여 빔의 매 인치마다 수행되었다(즉, 전체 23 지점).
평균 속도의 제곱은 각각의 지점에서 반응의 속도 진폭의 제곱을 합산하고 그 평균을 취한 것이다. 평균 속도의 제곱은 빔에서의 진동의 전체 에너지에 비례하고, 이는 도 10에 나타낸 바와 같다. 특히, 도 10은 본 발명에 따른 DAVA를 사용하여 수행된 능동 제어 실험(일정한 매스 분포; constant mass distribution)을 나타낸다. 라인 70은 부착된 장치가 없는 상태에서 빔의 거동을 나타내며, 이는 비교를 위한 기준선이 된다. 라인 72는 DAVA가 부착된 빔의 거동을 나타내며, 이는 능 동 장치(즉, 제어신호가 인가되지 않음)로서 작용한다. 수동 DAVA에 대한 결과들은 모든 공진 주파수들에서 전체 빔 에너지의 양호한 감쇠를 나타낸다. 이러한 수동 구성에서 얻어진 평균 속도 제곱에서의 감소는 100∼1600Hz의 주파수 대역에 대하여 10dB이다. 그러므로, 결과들은 DAVA의 2개의 핵심적인 수동 양태들, 즉 완벽한 빔을 통한 진동의 제어와 다중 주파수에서의 동시적인 제어를 나타낸다. 이것은 단일 지점 및 단일 주파수에서의 진동을 제어하는 종래의 포인트 진동 흡수재에 비교되어야 한다. 능동 제어가 진행됨에 따라서, 평균 속도 제곱에서 추가적인 3dB 감쇠가 얻어진다. DAVA에 의해서 활동적으로 조절된 빔의 거동은 라인 74로 나타난다. 능동 장치의 성능은 공진 피크를 감소시키는데 있어서 매우 양호하다. 예를 들면, 600Hz에서 20dB 감소가 얻어지는데 이는 조절 전의 매우 중요한 피크이다. 공진들 사이에서, 능동 제어는 진동을 증가시킨다(과도 제어). 이는 양호한 컨트롤러와 보다 많은 에러 센서들에 의해서 쉽게 정정될 수 있다. 능동 제어가 진행됨에 따라서, 구조물은 비-공진 거동을 나타내며, DAVA는 장치에 상당한 댐핑(damping)을 추가한다. PVDF 및 흡수재 자체의 반응으로 인하여 400Hz 이하에서는 능동 제어가 얻어지지 않는다. 전자기 액튜에이터들과 같은 다른 능동 요소들은 이러한 능동 주파수 이하이다.
DAVA의 효율을 증가시키기 위해서, 매스 분포가 최적화한다. 즉, 증가된 감쇠를 제공하기 위해서, 매스 층(mass layer)(16)이 빔의 전체 또는 큰 영역의 길이를 따라서 변화할 것이다. 가변적인 매스 분포는 베이스 구조물의 국부적인 변화 반응성을 이상적으로 부합시키도록 DAVA의 국부적인 성질들을 변화시킬 것이다. 그 러나, 빔/DAVA 반응은 빔을 따라서 복잡해지기 때문에 매스 분포를 선택하기 위하여 때로는 최적 공정을 유도할 필요가 있다.
도 11은 최적으로 변하는 매스 분포를 갖는 DAVA를 나타낸다. DAVA의 각각의 부분의 상부에 있는 신호는 압전 드라이브 패치(=장애)에 대하여 탄성 PVDF 시이트(14)의 극성을 언급한다. 최적화 절차에서 사용되는 빔 반응은 장애 위치에 크게 의존하며, DAVA의 최대 반응성 동적 영향은 장애에 반대방향으로 일어난다. 매스 층(16)의 두께는 가변적이지만, 매스는 일정하게 유지된다. 매스 변화는 연속적인 요소가 되거나 또는 도 11에 도시된 바와 같이 불연속인 구간들이 될 것이다.
다른 구성에 있어서, 변화하는 매스 층 성질들을 갖는 다중 매스 공진 층들이 사용될 수 있다. 도 12에는 2개의 공진 매스 층들(150,152)이 발포체인 스프링 재료(154) 내에 깊숙이 박혀있는 장치의 하나의 배열이 도시되어 있다. 매스 층들은 연속적인 구간이 되거나 불연속적인 구간이 될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러한 장치는 2개의 공진의 잇점을 가지며, 그리하여 넓은 주파수 범위의 진동 제어가 가능하다. 도 12에는 매스 층(152)이 상대적으로 얇은 위치들에서 매스 층(150)이 큰 두께를 갖는 것이 나타나 있다. 매스 층(150,152)의 두께를 변화시키면 각기 다른 공진 특성들이 진동 흡수재에 제공되고, Z축에서 동일한 상대 위치에서 서로에 대하여 매스 층(150,152)의 두께를 변화시킴에 의해서 2개의 각기 다른 공진이 동시에 어드레스 지정될 수 있다.
도 13에 도시된 다른 구성에 있어서, 매스 층들(160,162,164)은 분할되고, 발포체와 같은 스프링 재료(166)에서 각기 다른 깊이로 위치한다. 각기 다른 깊이 들은 각각의 매스를 지지하는 스프링 재료의 단단함을 변화시킨다. 그러한 배열은 다중 깊이들로 인해 장치들의 다중 공진 주파수를 야기하고, 그리하여 매스들이 깊숙이 박혀있는 위치에서 스프링 비율을 결정한다. 다중 공진 주파수들은 장치가 영향을 미치는 광대역의 주파수들을 유도한다. 깊숙이 박혀있는 불균일 매스는 소정의 형상을 가질 수 있다. 스프링 장치에 대하여 사용될 수 있는 상기한 바와 같은 각기 다른 재료에 추가하여, 도 13은 많은 각기 다른 매스 층들이 사용될 수 있고 매스 층들이 불균일하며(즉, 분할되며) 매스 층들이 각기 다른 두께의 세그멘트들을 갖는다는 것을 보여준다. 이러한 층들(160,162,164)은 특정한 위치들에서 특정한 주파수로 조절된 패션으로 만들어 질 수 있지만, 바람직하게는 다중의 공진 주파수들에 대하여 적당한 진동 흡수장치를 달성하기 위하여 임의의 패션으로 적용될 수 있다. 또한, 도 13에 도시된 장치는 하기에 설명하는 바와 같은 능동 및 수동 진동 제어장치에서 사용될 수 있다.
도 12 및 도 13에 도시된 실시 예들의 변형에서, 전자기 액튜에이터들 뿐만아니라 만곡된 압전 중합체 및 세라믹들과 같은 능동 요소들이 매스 요소들의 운동을 변화시키도록 능동 힘을 적용하기 위하여 스프링 재료에 깊숙이 박힐 수 있다. 그러한 장치는 앞서 설명한 바와 같이 전기적인 제어 접근을 통해서 사용되는 경우에 개선된 성능을 가질 수 있다. 특히, 능동 제어는 탄성 층들 내에서 하나 또는 그 이상의 높이에서 가변 매스들과 결합하고, 이것은 많은 응용예에 있어서 상당히 개선된 진동 댐핑을 가능하게 할 것이다.
도 14는 매스 층(170)이 관통된 재료(즉, 관통된 납 또는 강 등)로 이루어진 장치의 다른 실시 예가 도시되어 있다. 이러한 배열에 있어서, 진동 흡수재는 표면에 입사하여 관통부들(172)을 통해 전파되는 음향 파들을 흡수할 수 있을 뿐만 아니라 탄성 재료(174) 아래의 베이스 구조물의 진동들을 제어할 수 있다. 이러한 실시 예는 매스 층(170)이 음향 공급원(즉, 몇몇 응용예에 있어서 매스에 대한 일체형 "층"은 탄성 재료를 통해서 주위 환경으로 나오는 완충 구조물로부터 음향 신호들을 전달하게 될 것이다)으로서 작용하는 것을 방지한다. 또한, 주위 환경으로부터 나오는 진동이나 음향 신호들은, 관통부를 통과하고 구조물(탄성 층(174) 아래)로부터 나와서 진동 흡수재에 의해서 감쇠될 진동들에 추가적으로 진동 흡수재에 의해서 감쇠될 것이다. 도 12 및 도 13을 참조하여 위에서 설명한 바와 같이, 도 14의 구성은 능동 및 수동 장치들 모두와 함께 사용될 수 있다(능동 장치들은 깊숙이 박힌 PVDF 또는 인가 전압하에서 팽창하거나 수축될 수 있는 압전 세라믹이나 다른 재료들을 포함; 수동 장치들은 매스 층(172)과 탄성 재료(174)를 포함(그러나, 금속 등과 같은 깊숙이 박힌 스프링 재료를 가질 수 있다)). 또한, 도 14의 구성은 도 13 및 도 15에 도시된 바와 같이 탄성 재료 내에서 하나 또는 그 이상의 평면들에서 깊숙이 박혀있는 불균일 매스들과 조합하여 사용되며, 불균일 매스들은 크기, 형상 및 중량에 있어서 가변적이다.
도 15는 탄성 재료(184)에 깊숙이 박혀있는 불균일 매스 층들(180,182)을 갖는 진동 흡수재를 나타낸다. 도 15는 각기 다른 크기와 형상을 갖는 매스들의 사용을 나타낸다. 이들은 넓은 공진 주파수 범위의 감쇠를 달성하기 위하여 임의적으로 분포되거나 또는 특정한 주파수에 대하여 진동 흡수재에서 특정한 위치들에 주파수 공진을 조화시키도록 소정의 패턴으로 적용될 수 있다. 매스들의 몇몇은 볼 베어링 타입의 구들이고 다른 것들은 편평한 얇은 직사각형이 될 것이다. 매스의 형상은 제조자가 원하는 바와 같이 조정가능한 각기 다른 방식으로 각기 다른 진동 주파수들에 대한 반응성에 영향을 줄 것이다.
도 12 내지 도 15에 도시된 진동 흡수재들은 여러 기술들에 의해서 만들어질 것이다. 발포체 층의 도포, 일체형 또는 불균일한 매스들 층의 증착, 발포체와 매츠 층의 반복적인 공정들의 적용이 개입된다. 이와는 달리, 매스 층들은 탄성 재료의 조립 중에 탄성 재료 내에 깊숙이 박히게 된다. 이와는 달리, 탄성 재료는 선택된 위치들에서 절단되고 매스 구간들은 절개부를 거쳐서 탄성 재료 내로 삽입된다. 일단 삽입되면 재료의 탄성에 의해서 매스가 소정 위치에 고정되고 절개부가 폐쇄된다. 도 16에는 DAVA나 진동 흡수재가 도시되어 있는데, 여기에서 능동 스프링 층은 능동이나 수동 용도로서 PVDF나 플라스틱형 재료 등의 튜브들(190)로 구성된다. 관형 진동 흡수재는 전체 연장부에 걸쳐서 만곡된 주름형이 제공되어 있고, 흡수재의 평면을 따라 만곡부를 보유하며, 전기적인 활성화를 통해서 매스에 보통의 능동 입력이 제공된다. 관형 구조물을 이용함으로써 튜브들의 직경이 용이하게 조정될 수 있으나, 튜브들 내외로 펌핑될 유체의 점성 손실로 인하여 DAVA나 진동 흡수재의 감쇠를 제공하도록 조정되고 형상화될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (76)

  1. 진동 구조물의 확장된 영역에 걸쳐서 진동과 음향 방출을 제어하기 위한 진동 흡수재로서,
    상기 진동 구조물의 영역을 따라서 분포된 탄성 요소; 및
    상기 진동 구조물로부터 이격 되고, 상기 분포된 탄성 요소와 연관된 매스(mass)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  2. 제 1 항에 있어서, 탄성 재료를 더 포함하며, 상기 분포된 탄성 요소는 상기 탄성 재료 내에 깊숙이 박혀있는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 탄성 재료는 음향 발포체, 음향 섬유유리, 섬유유리 배팅(fiberglass batting), 분포된 스프링 재료, 우레탄 및 고무로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 분포된 탄성 재료는 폴리비닐리덴 플루오라이드, 압전 세라믹, 금속, 중합체 및 전자화학적 장치들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 탄성 재료는 고무이고, 상기 분포된 탄성 요소는 폴 리비닐리덴 플루오라이드인 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 탄성 재료는 고체 우레탄이고, 상기 분포된 탄성 요소는 폴리비닐리덴 플루오라이드인 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 탄성 재료는 발포체 또는 분포된 스프링 재료이고, 상기 분포된 탄성 요소는 폴리비닐리덴 플루오라이드인 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 분포된 탄성 요소는 적어도 1차원을 따르는 파동 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 매스는 상기 분포된 탄성 요소의 표면에 고착되는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 매스는 분포된 불균일 매스 구간들로 이루어진 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 불균일 매스 구간들의 적어도 2개는 서로에 대하여 크기, 형상, 두께 중 적어도 하나가 다른 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 불균일 매스 구간들은 상기 탄성 재료 내에 깊숙이 박혀있는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 불균일 매스 구간들은 적어도 2개의 각기 다른 평면들에서 상기 탄성 재료 내에 깊숙이 박혀있는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 불균일 매스 구간들은 상기 탄성 재료의 표면 상에 있는 적어도 하나의 매스 구간 및 상기 탄성 재료 내에 깊숙이 박혀있는 다른 매스 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 2개의 불균일 매스 구간들은 각기 다른 평면들에서 상기 탄성 재료 내에 깊숙이 박혀있는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 2개의 불균일 매스 구간들 중 제 1의 매스 구간은 상기 탄성 재료의 표면 상에 존재하고 제 2의 매스 구간은 상기 탄성 재료 내에 깊숙이 박혀있는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 분포된 탄성 요소는 하나 또는 그 이상의 관형 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 관형 요소는 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF)로 이루어진 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 관형 요소는 금속과 플라스틱으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 매스는 관통된 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 매스는 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 금속은 납과 강으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  23. 제 20 항에 있어서, 상기 매스에 있는 일정량의 관통부들은 상기 매스 층의 상부로부터 나오는 음향 진동들을 감소시키거나 제거하기에 충분한 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  24. 제 20 항에 있어서, 상기 매스에 있는 일정량의 관통부들은 상기 매스 층을 통해서 음향이 주위 환경으로부터 상기 분포된 탄성 요소 내로 관통하기에 충분한 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  25. 진동 구조물의 확장된 영역에 걸쳐서 진동과 음향 방출을 제어하기 위한 분포된 능동 진동 흡수재(DAVA)로서,
    상기 진동 구조물의 영역을 따라 분포되고, 탄성 재료 내에 깊숙이 박혀있는 분포된 액튜에이터를 포함하는 능동 탄성 층; 및
    상기 능동 탄성 층의 상기 탄성 재료와 연관된 다수의 불균일 매스 세그멘트들(mass segments)을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 불균일 매스 세그멘트들은 상기 탄성 재료의 영역에 걸쳐서 균등하게 분포된 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  27. 제 25 항에 있어서, 상기 불균일 매스 세그멘트들은 상기 탄성 재료의 영역에 걸쳐서 균등하지 않게 분포된 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  28. 제 25 항에 있어서, 상기 불균일 매스 세그멘트들의 적어도 2개는 서로에 대하여 크기, 형상 및 두께중 적어도 하나가 다른 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  29. 제 25 항에 있어서, 상기 탄성 재료는 음향 발포체, 음향 섬유유리, 섬유유리 배팅(fiberglass batting), 분포된 스프링 재료, 우레탄 및 고무로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  30. 제 25 항에 있어서, 상기 깊숙이 박혀있는 분포된 탄성 재료는 폴리비닐리덴 플루오라이드, 압전 세라믹, 금속 및 전자화학적 장치들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  31. 제 25 항에 있어서, 상기 탄성 재료는 고무이고, 상기 분포된 탄성 요소는 폴리비닐리덴 플루오라이드인 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  32. 제 25 항에 있어서, 상기 탄성 재료는 고체 우레탄이고, 상기 분포된 액튜에이터는 폴리비닐리덴 플루오라이드인 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  33. 제 25 항에 있어서, 상기 탄성 재료는 발포체 또는 분포된 스프링 재료이고, 상기 분포된 액튜에이터는 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride)인 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  34. 제 25 항에 있어서, 상기 분포된 액튜에이터는 적어도 1차원을 따르는 파동 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  35. 제 25 항에 있어서, 상기 분포된 액튜에이터 상에 위치된 전극들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  36. 제 25 항에 있어서, 상기 다수의 불균일 매스 구간들은 상기 탄성 재료 내에 깊숙이 박혀있는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  37. 제 36 항에 있어서, 상기 불균일 매스 구간들은 적어도 2개의 각기 다른 평면들에서 상기 탄성 재료 내에 깊숙이 박혀있는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  38. 제 25 항에 있어서, 상기 불균일 매스 구간들은 상기 탄성 재료의 표면 상에 있는 적어도 하나의 매스 구간 및 상기 탄성 재료 내에 깊숙이 박혀있는 다른 매스 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  39. 제 28 항에 있어서, 상기 2개의 불균일 매스 구간들은 각기 다른 평면들에서 상기 탄성 재료 내에 깊숙이 박혀있는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  40. 제 28 항에 있어서, 상기 2개의 불균일 매스 구간들중 제 1의 매스 구간은 상기 탄성 재료의 표면 상에 존재하고 제 2의 매스 구간은 상기 탄성 재료 내에 깊숙이 박혀있는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  41. 제 25 항에 있어서, 상기 분포된 탄성 요소는 하나 또는 그 이상의 관형 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  42. 제 25 항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 관형 요소는 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF)로 이루어진 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  43. 제 25 항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 관형 요소는 금속과 플라스틱으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  44. 제 25 항에 있어서, 상기 탄성 재료의 표면 상에 위치된 매스 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  45. 제 44 항에 있어서, 상기 매스 층은 그것을 통해서 연장된 다수의 관통부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  46. 제 45 항에 있어서, 상기 매스에 있는 관통부들의 양은 상기 매스 층의 상부로부터 나오는 음향 진동들을 감소시키거나 제거하기에 충분한 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  47. 제 45 항에 있어서, 상기 매스에 있는 일정량의 관통부들은 상기 매스 층을 통해서 음향이 주위 환경으로부터 상기 분포된 탄성 요소 내로 관통하기에 충분한 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  48. 제 44 항에 있어서, 상기 매스 층은 납과 강으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  49. 진동 구조물의 확장된 영역에 걸쳐서 진동과 음향 방출을 제어하기 위한 진동 흡수재로서,
    상기 진동 구조물의 영역을 따라 분배되고, 탄성 재료로 형성된 능동 탄성 층; 및
    상기 능동 탄성 층의 상기 탄성 재료와 연관된 다수의 불균일 매스 세그멘트들을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  50. 제 49 항에 있어서, 상기 불균일 매스 구간들의 적어도 2개는 서로에 대하여 크기, 형상, 두께 중 적어도 하나가 다른 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  51. 제 49 항에 있어서, 상기 탄성 재료는 음향 발포체, 음향 섬유유리, 섬유유리 배팅(fiberglass batting), 분포된 스프링 재료, 우레탄 및 고무로 이루어진 그 룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  52. 제 49 항에 있어서, 상기 불균일 매스 구간들은 상기 탄성 재료 내에 깊숙이 박혀있는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  53. 제 52 항에 있어서, 상기 불균일 매스 구간들은 적어도 2개의 각기 다른 평면들에서 상기 탄성 재료 내에 깊숙이 박혀있는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  54. 제 52 항에 있어서, 상기 불균일 매스 구간들은 상기 탄성 재료의 표면 상에 있는 적어도 하나의 매스 구간 및 상기 탄성 재료 내에 깊숙이 박혀있는 다른 매스 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  55. 제 50 항에 있어서, 상기 2개의 불균일 매스 구간들은 각기 다른 평면들에서 상기 탄성 재료 내에 깊숙이 박혀있는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  56. 제 50 항에 있어서, 상기 2개의 불균일 매스 구간들중 제 1의 매스 구간은 상기 탄성 재료의 표면 상에 존재하고 제 2의 매스 구간은 상기 탄성 재료 내에 깊숙이 박혀있는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  57. 제 49 항에 있어서, 상기 분포된 탄성 요소는 하나 또는 그 이상의 관형 요 소를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  58. 제 57 항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 관형 요소는 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF)로 이루어진 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  59. 제 57 항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 관형 요소는 금속과 플라스틱으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  60. 제 49 항에 있어서, 상기 탄성 재료의 표면 상에 위치된 매스 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  61. 제 60 항에 있어서, 상기 매스는 그것을 관통하여 연장된 다수의 관통부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  62. 제 61 항에 있어서, 상기 매스에 있는 일정량의 관통부들은 상기 매스 층의 상부로부터 나오는 음향 진동들을 감소시키거나 제거하기에 충분한 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  63. 제 61 항에 있어서, 상기 매스에 있는 일정량의 관통부들은 상기 매스 층을 통해서 음향이 주위 환경으로부터 상기 분포된 탄성 요소 내로 관통하기에 충분한 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  64. 제 60 항에 있어서, 상기 매스 층은 납과 강으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  65. 진동 구조물의 확장된 영역에 걸쳐서 진동과 음향 방출을 제어하기 위한 진동 흡수재로서,
    상기 진동 구조물의 영역을 따라 분포된 탄성 층; 및
    내부를 관통하여 연장된 다수의 관통부들을 구비하며, 상기 탄성 층 상에 위치하여 상기 탄성 층의 두께만큼 상기 진동 구조물로부터 이격된 매스(mass)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  66. 제 65 항에 있어서, 상기 매스에 있는 일정량의 관통부들은 상기 매스 층의 상부로부터 나오는 음향 진동들을 감소시키거나 제거하기에 충분한 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  67. 제 65 항에 있어서, 상기 매스에 있는 일정량의 관통부들은 상기 매스 층을 통해서 음향이 주위 환경으로부터 상기 분포된 탄성 요소 내로 관통하기에 충분한 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  68. 제 65 항에 있어서, 상기 매스 층은 납과 강으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  69. 제 65 항에 있어서, 상기 탄성 층은 분포된 능동 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  70. 제 69 항에 있어서, 상기 분포된 능동 요소는 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF)로 이루어진 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  71. 제 65 항에 있어서, 상기 탄성 층 내에 분포된 다수의 매스 세그멘트들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  72. 제 71 항에 있어서, 상기 다수의 매스 세그멘트들은 상기 탄성 층 내에서 다수의 각기 다른 평면에 분포된 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  73. 진동 구조물의 확장된 영역에 걸쳐서 진동과 음향 방출을 제어하기 위한 진동 흡수재로서,
    상기 진동 구조물의 상기 확장된 영역에 걸쳐서 위치하고 다수의 관형 부품들을 구비하는 분포된 탄성 요소; 및
    상기 분포된 탄성 요소 상에 위치하여 상기 분포된 탄성 요소의 두께만큼 상기 진동 구조물로부터 이격된 매스(mass)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  74. 제 73 항에 있어서, 상기 매스는 그것을 관통하여 연장된 다수의 관통부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  75. 제 73 항에 있어서, 상기 분포된 능동 요소는 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF)로 이루어진 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
  76. 제 73 항에 있어서, 상기 분포된 탄성 요소는 플라스틱과 금속으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 진동 흡수재.
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