KR20230017021A - Helix acoustic black hole module and noise and vibration reduction system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 나선형 음향 블랙홀 모듈과 이를 이용한 소음 및 진동 저감 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a spiral acoustic black hole module and a noise and vibration reduction system using the same.
산업 응용 분야에서 구조적 편안함과 내구성을 위해 원치 않는 진동을 줄이는 것이 중요하다. 원치 않는 진동을 제어하는 두 가지 주요 기술로는 능동적인 방법과 수동적인 방법이 있다.Reducing unwanted vibration is important for structural comfort and durability in industrial applications. The two main techniques for controlling unwanted vibrations are active and passive.
능동형 진동 제어장치는 높은 입력 에너지와 매우 복잡한 전기 기계 설계가 필요하다. 때때로 활성 장치를 사용하는 것이 쉽지 않거나 바람직하지 않다. 다른 기술은 구조물에 댐핑 층을 부착하는 수동적 방법이다. 이러한 추가 댐핑 층은 항상 구조물의 무게를 증가시키며, 이는 특히 항공 우주 또는 자동차 산업에서 생태학적 및 경제적 이유 측면에서 문제될 수 있다. 새로운 진동 억제 기술이 경량 구조를 디자인을 사용하여 구상된다는 것은 큰 관심을 끌고 있다. 수동 진동 제어 접근 방식인 음향블랙홀(acoustic black hole: ABH)을 통해 새로운 진동 억제 기술이 경량 구조 설계를 사용하여 구상될 것이라는 큰 관심을 불러일으켰다. 수동 진동 제어 접근 방식인 음향블랙홀이 1988년에 개발되었다. 멱법칙 테이퍼 프로파일은 빔과 플레이트에 구축되며, 진동 에너지가 집중되는데 이러한 견고한 구조가 파동 속도를 감소시킨다. 두께가 감소함에 따라 파동 속도가 느려지기 때문에 구조물의 굴곡파 전파 속도가 감소하게 되는 것이다. 그리고, 파동은 결국 구조물의 끝에 도달하기 위한 무한한 시간이 필요하다. ABH 애플리케이션은 빔 및 플레이트 구조에 도입되어 많은 양의 파동 에너지 초점을 생성한다. 진동 및 음향 복사를 분석하기 위해 ABH 효과는 얇은 판에서 수치 및 실험 작업을 통해 적용되었다. 이동성은 플레이트에 내장된 베어 ABH와 접착 댐핑 층이 있는 플레이트 사이에서 실험적으로 비교된다. 흡수층이 있는 ABH 플레이트가 공진 진동 피크를 상당히 억제하는 것으로 나타났다. 많은 연구자들이 구조적 진동 제어, 음향 방사 제어 및 진동 에너지 수확을 위한 ABH 효과에 대해 연구하였다.Active vibration control devices require high input energy and very complex electromechanical designs. Sometimes it is not easy or desirable to use an active device. Another technique is a passive method of attaching a damping layer to a structure. This additional damping layer always increases the weight of the structure, which can be problematic for ecological and economic reasons, especially in the aerospace or automotive industries. It is of great interest that new vibration suppression technologies are envisioned using lightweight construction designs. Acoustic black hole (ABH), a passive vibration control approach, has generated great interest that new vibration suppression technologies will be envisioned using lightweight structural designs. Acoustic black holes, a passive vibration control approach, were developed in 1988. A power-law taper profile is built on the beam and plate, and the vibrational energy is concentrated. This rigid structure reduces the wave speed. As the thickness decreases, the propagation speed of flexural waves in the structure decreases because the wave speed slows down. And, the wave eventually takes an infinite amount of time to reach the end of the structure. ABH applications are introduced into beam and plate structures to generate large amounts of wave energy focus. To analyze vibrational and acoustic radiation, the ABH effect was applied through numerical and experimental work in thin plates. Mobility is experimentally compared between a bare ABH embedded in a plate and a plate with an adhesive damping layer. It has been shown that the ABH plate with an absorber layer significantly suppresses resonant vibration peaks. Many researchers have studied the ABH effect for structural vibration control, acoustic emission control, and vibration energy harvesting.
밀링 머신 사용과 같은 전통적인 제조 방법의 한계를 극복하기 위해 적층 제조(AM) 기술이 채택되었다. AM 기술에 의해 제작된 ABH 특징 빔의 동적 응답은 실험적으로 수치적으로 분석되었고, 특히 더 높은 주파수에서 부드러운 ABH 빔과 계단식 ABH 빔 사이의 응답에서 약간의 차이가 발견되었다.Additive manufacturing (AM) technology has been adopted to overcome the limitations of traditional manufacturing methods such as the use of milling machines. The dynamic response of the ABH feature beam fabricated by the AM technique was experimentally and numerically analyzed, and some differences were found in the response between smooth and cascaded ABH beams, especially at higher frequencies.
굴곡파가 ABH 영역으로 전파될 때 구조물의 끝 부분에 접근하면 파동 속도가 느려지고 진폭이 커진다는 것이 잘 알려져 있다. 이론적으로 입사 진동파는 두께가 0이 될 때 반사될 수 없다. 그러나 구조의 끝은 0이 될 수 없다. 실제 구조에는 유한 두께(잘린 영역)가 있어야 한다. 잘인 영역이 실제 주고에 존재하기 때문에 굴곡파가 가장자리에서 반사된다. Mironov(Mironov M (1988) Propagation of a flexural wave in a plate whose thickness decreases smoothly to zero in a finite interval. Soviet Physics: Acoustics 34: 318-319.)는 이론적으로 잘린 영역이 포함된 ABH 빔에 대한 반사 계수를 제시하였다. 잘린 영역이 실제 제조된 구조에 존재하기 때문에 반사 계수는 항상 0에서 멀리 떨어져 있다. ABH 구조 표면에 얇은 댐핑 층을 부착하면 반사 계수를 크게 줄일 수 있고 이는 실험적으로 증명되었다. 최근에는 Euler-Bernoulli 방정식을 사용하여 해석적으로 도출된 정확한 솔루션과 기하학적 음향 접근법의 반사 계수를 비교하였다. 위에서 언급한 접근법은 매우 단순한 빔 구조에만 적합할 수 있다. 두 방법 모두 기하학적 복합성 때문에 실제 3차원 구조에 적용하기가 매우 어렵다. 따라서 3차원 구조의 반사 계수를 얻기 위해서는 새로운 접근법이 필요하다. Denis et al.(Denis V, Gautier F, Pelat A, et al. (2015) Measurement and modelling of the reflection coefficient of an acoustic black hole termination. Journal of Sound and Vibration 349: 67.)는 알루미늄 빔의 반사 계수를 실험적으로 측정하기 위해 ABH 종단을 사용하였다. 반사 계수의 측정을 위해 원거리 장 가정이 도입되었다. 이 가정은 여기 지점과 경계가 측정 지점에서 멀리 떨어져있을 때 사용할 수 있다. 최근에는 Ouisse et al. (Ouisse M, Renault D, Butaud P, et al. (2019) Damping control for improvement of acoustic black hole effect. Journal of Sound and Vibration 454: 63.)는 반사 계수를 원거리 장 가정과 비교하여 환경 온도에 따른 감쇠 효과를 추정했다.It is well known that when a flexural wave propagates into the ABH region, the wave speed slows down and the amplitude increases as it approaches the end of the structure. Theoretically, the incident vibration wave cannot be reflected when the thickness becomes zero. However, the end of the structure cannot be zero. A real structure must have a finite thickness (truncated area). Since the well-in region exists in the real state, the flexural wave is reflected at the edge. Mironov (Mironov M (1988) Propagation of a flexural wave in a plate whose thickness decreases smoothly to zero in a finite interval. Soviet Physics: Acoustics 34: 318-319.) argues that the theoretical reflection for an ABH beam with clipped regions coefficients were presented. The reflection coefficient is always far from zero because the cut-out region exists in the actual fabricated structure. Applying a thin damping layer to the surface of the ABH structure can significantly reduce the reflection coefficient, which has been experimentally demonstrated. Recently, we compared the reflection coefficients of the geometrical acoustic approach with an analytically derived exact solution using the Euler-Bernoulli equation. The approach mentioned above may only be suitable for very simple beam structures. Both methods are very difficult to apply to real 3D structures because of their geometric complexity. Therefore, a new approach is required to obtain the reflection coefficient of a 3D structure. Denis et al. (Denis V, Gautier F, Pelat A, et al. (2015) Measurement and modeling of the reflection coefficient of an acoustic black hole termination. Journal of Sound and Vibration 349: 67.) ABH termination was used to experimentally measure . The far-field assumption is introduced for the measurement of the reflection coefficient. This assumption can be used when the excitation point and boundary are far from the measuring point. Recently, Ouisse et al. (Ouisse M, Renault D, Butaud P, et al. (2019) Damping control for improvement of acoustic black hole effect. Journal of Sound and Vibration 454: 63.) compares the reflection coefficient with the far-field assumptions for environmental temperature-dependent damping. effect was estimated.
많은 연구가 발표되었지만 ABH 기술을 실제 구조물에 적용할 수 있는 가능성에 대한 연구는 거의 없었다. Zhou and Cheng (Zhou T. and Cheng L. (2018) A resonant beam damper tailored with acoustic black hole features for broadband vibration reduction. Journal of Sound and Vibration 430: 174-184.)은 동적 진동 흡수기(DVA) 역할을 하는 ABH 구조를 발표했다. DVA는 빔 끝에 튜닝 질량이 있는 Oberst 캔틸레버 빔(Jones DIG (2001) Handbook of Viscoelastic Vibration Damping. Baffins Lane, Chichester, West Sussex, England: John Wiley & Sons Ltd.)으로 구성된다. ABH-featured resonant beam damper (ABH-RBD)라고하는 호스트 구조의 광대역 공진 주파수를 억제하기 위해 ABH 모양의 캔틸레버 빔이 채택되었다. ABH의 또 다른 실제 사례는 엔진 커버의 소음 방출을 줄이기 위해 제시되었다. 참조 샘플과 비교하여 6.5dB의 평균 감소가 보고되었다 (Zhao C and Prasad M (2019) Acoustic black holes in structural design for vibration and noise control. Acoustics. 1: 220-251.). 그러나 내구성과 응력 집중 측면에서 엔진 커버 두께를 줄여 원치 않는 진동을 제어하는 것은 비현실적이다. 최근 Lee and Park (Lee DH and Park YY (2018) Vibration analysis of Modular acoustic black hole on a plate. In: Congr. Korea Soc. Mech. Eng. Dyn. Control. Div., Kangwon Land, S. Korea, 12-15 December, 2018, 2119-2121.)는 도 27과 같이 4-ABH 빔과베이스로 구성된 모듈 식 ABH 구조를 제안하였다.Although many studies have been published, there have been few studies on the feasibility of applying ABH technology to real structures. Zhou and Cheng (Zhou T. and Cheng L. (2018) A resonant beam damper tailored with acoustic black hole features for broadband vibration reduction. Journal of Sound and Vibration 430: 174-184.) act as a dynamic vibration absorber (DVA). published an ABH structure. The DVA consists of an Oberst cantilever beam (Jones DIG (2001) Handbook of Viscoelastic Vibration Damping. Baffins Lane, Chichester, West Sussex, England: John Wiley & Sons Ltd.) with a tuning mass at the beam end. An ABH-shaped cantilever beam was adopted to suppress the broadband resonant frequency of the host structure, called an ABH-featured resonant beam damper (ABH-RBD). Another practical example of ABH is presented to reduce noise emissions from engine covers. An average reduction of 6.5 dB compared to the reference sample was reported (Zhao C and Prasad M (2019) Acoustic black holes in structural design for vibration and noise control. Acoustics. 1: 220-251.). However, in terms of durability and stress concentration, it is impractical to reduce engine cover thickness to control unwanted vibration. Recently Lee and Park (Lee DH and Park YY (2018) Vibration analysis of Modular acoustic black hole on a plate. In: Congr. Korea Soc. Mech. Eng. Dyn. Control. Div., Kangwon Land, S. Korea, 12 -15 December, 2018, 2119-2121.) proposed a modular ABH structure composed of a 4-ABH beam and a base as shown in FIG.
모듈식 ABH 구조의 주요 아이디어는 구조 표면에 부착하는 것다. 진동파는 모듈식 ABH 구조에 의해 수집될 수 있다. 그런 다음 갇힌 진동파는 댐핑 재료에 의해 소멸된다. 모듈식 ABH 구조는 현재 현장에 있는 구조에도 적용할 수 있다. 필드 구조에 대한 ABH 효과를 얻으려면 제조 가능성 및 안전 문제로 인해 권장되지 않는 기존 방법의 멱법칙 프로파일과 함께 재료를 절단해야한다. 그러나 모듈식 ABH 구조는 재료를 절단하는 대신 부착하여 실제 구조에 쉽게 적용할 수 있다.The main idea behind the modular ABH structure is to attach it to the structural surface. Oscillating waves can be collected by a modular ABH structure. The trapped vibrating waves are then damped by the damping material. Modular ABH structures can also be applied to existing on-site structures. Obtaining the ABH effect on field structures requires cutting the material with the power-law profile of conventional methods, which are not recommended due to manufacturability and safety concerns. However, the modular ABH structure can be easily applied to real structures by attaching materials instead of cutting them.
기존의 모듈식 ABH 구조에서 도 27에서 4-ABH 빔은 진동 에너지를 수집하기 위해 베이스에 부착되며 DVA 역할을 한다. 모듈식 ABH에서는 플레이트와 같은 바닥 주고의 파동 전파가 베이스를 여기시켜 빔이 가로 방향으로 가속된다.27 in the existing modular ABH structure, the 4-ABH beam is attached to the base to collect vibrational energy and serves as a DVA. In modular ABH, the wave propagation in the plate-like base excites the base and the beam is accelerated in the transverse direction.
모듈식 ABH 구조가 제안되었지만 원하지 않는 진동을 흡수하는 측면에서 성능을 높이는 것이 여전히 필요하다. 높은 감쇠 재료를 추가하거나 ABH 빔 수를 늘리는 등 성능을 높이는 방법에는 여러 가지가 있다. 효과적이고 쉬운 방법 중 하나는 ABH 빔의 수를 늘리는 것이다. 그러나 공간적 제약으로 인해 현재 모델에서는 최대 8 개 또는 최대 10 개의 ABH 빔을 베이스에 조립할 수 있다. 공간적 제약을 극복하기 위해 ABH 빔을 수직으로 조립하는 것이 제안되었다. 90도 회전된 기존 ABH 빔이 사용된다. 수직으로 조립된 ABH 빔의 두께가 너비보다 훨씬 얇기 때문에 더 많은 ABH 빔을 베이스에 조립할 수 있으며, 이는 ABH 빔의 끝에서 더 많은 파동 에너지를 수집할 수 있다. 수직으로 조립된 ABH 빔은 더 많은 ABH 빔이 조립되기 때문에 감쇠 및 내구성 측면에서 더 나은 성능을 기대한다. 따라서 여기 방향이 가로가 아니라 세로이기 때문에 수직으로 조립된 ABH 빔의 동적 특성을 조사할 필요가 있다. 그러나 90도 회전된 기존 ABH 빔의 두께가 매끄럽게 감소하지 않기 때문에 측면파 전파가 ABH 빔의 끝에서 반사될 수 있으므로 ABH 효과가 예상되지 않는 한계가 있다.Although a modular ABH structure has been proposed, there is still a need to improve its performance in terms of absorbing unwanted vibrations. There are several ways to improve performance, such as adding high-damping materials or increasing the number of ABH beams. One effective and easy way is to increase the number of ABH beams. However, due to space constraints, up to 8 or up to 10 ABH beams can be assembled into the base in the current model. Vertical assembling of ABH beams has been proposed to overcome the spatial constraints. A conventional ABH beam rotated 90 degrees is used. Since the thickness of vertically assembled ABH beams is much smaller than their width, more ABH beams can be assembled into the base, which can collect more wave energy at the tip of the ABH beam. Vertically assembled ABH beams are expected to perform better in terms of damping and durability because more ABH beams are assembled. Therefore, since the excitation direction is vertical rather than horizontal, it is necessary to investigate the dynamic characteristics of vertically assembled ABH beams. However, since the thickness of the conventional ABH beam rotated by 90 degrees does not decrease smoothly, side wave propagation may be reflected from the end of the ABH beam, so there is a limit in which the ABH effect is not expected.
본 발명은 모듈식 음향블랙홀 구조에 더 많은 음향블랙홀 빔을 조립할 수 있는 나선형 음향블랙홀 구조를 제안한다.The present invention proposes a spiral acoustic black hole structure capable of assembling more acoustic black hole beams into a modular acoustic black hole structure.
본 발명은 모듈형 ABH 구조에서 h-ABH 빔의 특성을 수치적으로 나타내어 조립된 h-ABH 빔의 수를 증가시킬 수 있는 나선형 음향 블랙홀 모듈과 이를 이용한 소음 및 진동 저감 방법 및 시스템을 제공한다.The present invention provides a spiral acoustic black hole module capable of increasing the number of assembled h-ABH beams by numerically representing the characteristics of h-ABH beams in a modular ABH structure, and a method and system for reducing noise and vibration using the same.
본 발명은 공간적 제약과 ABH 효과의 손실을 극복하기 위해 ABH 빔 구조에 대한 새로운 개념을 제안한다.The present invention proposes a new concept for an ABH beam structure to overcome the spatial limitations and the loss of the ABH effect.
여기파의 방향은 수직방향이지만 ABH 영역의 전파로 포획되기 위해서는 파동이 가로 방향의 파동으로 변환될 수 있는 나선형 음향 블랙홀 빔을 제공한다.Although the direction of the excitation wave is vertical, it provides a spiral acoustic black hole beam in which the wave can be converted to a transverse wave in order to be captured as a propagation in the ABH region.
본 발명은 보다 많은 수의 빔을 결합하여 성능을 높일 수 있는 나선형 음향 블랙홀 모듈을 제공한다.The present invention provides a spiral acoustic black hole module capable of increasing performance by combining a larger number of beams.
실시예는, 진동 및 소음의 저감을 위해 구조물에 장착되는 빔 결합모듈; 상기 빔 결합모듈에 결합되는 복수의 나선형 음향블랙홀 빔;을 포함하고, 상기 복수의 나선형 음향블랙홀 빔은 상기 빔 결합모듈을 중심으로 방사형으로 위치하고, 상기 복수의 나선형 음향블랙홀 빔은 길이 방향의 축을 기준으로 적어도 일부 영역이 비틀린 형태를 가지는 나선형 음향블랙홀 모듈을 제공할 수 있다.Embodiments include a beam coupling module mounted on a structure to reduce vibration and noise; A plurality of spiral acoustic black hole beams coupled to the beam combining module, wherein the plurality of spiral acoustic black hole beams are radially positioned around the beam combining module, and the plurality of spiral acoustic black hole beams are based on an axis in a longitudinal direction. As a result, a spiral acoustic black hole module having at least a partial area twisted can be provided.
다른 측면에서, 상기 복수의 나선형 음향블랙홀 빔 각각은 상기 빔 결합모듈에서 멀어지는 방향으로 갈수로 두께가 점진적으로 줄어드는 나선형 음향블랙홀 모듈을 제공할 수 있다.In another aspect, each of the plurality of spiral acoustic black hole beams may provide a spiral acoustic black hole module whose thickness gradually decreases in a direction away from the beam combining module.
다른 측면에서, 상기 빔 결합모듈은 중심 영역에 상기 나선형 음향블랙홀 빔과 수직한 방향의 구조물 삽입홀이 형성되는 나선형 음향블랙홀 모듈을 제공할 수 있다.In another aspect, the beam combining module may provide a spiral acoustic black hole module in which a structure insertion hole is formed in a central region in a direction perpendicular to the spiral acoustic black hole beam.
다른 측면에서, 상기 복수의 나선형 음향블랙홀 빔 각각은 빔 영역 및 상기 빔 결합모듈에 체결되는 체결 영역으로 구분되고, 상기 빔 영역은 일측 평탄 영역과 타측 평탄 영역 그리고 상기 일측 평탄 영역과 상기 타측 평탄 영역 사이의 비틀림 영역으로 구성된 나선형 음향블랙홀 모듈을 제공할 수 있다.In another aspect, each of the plurality of spiral acoustic black hole beams is divided into a beam area and a fastening area fastened to the beam combining module, wherein the beam area includes one flat area and another flat area, and the one side flat area and the other flat area. It is possible to provide a spiral acoustic black hole module composed of torsion regions between
다른 측면에서, 상기 빔 결합모듈은 상부면에서 측면까지 이어지는 복수의 빔 체결홈이 형성되고, 상기 체결 영역은 결합되는 상기 복수의 빔 체결홈에 결합되는 나선형 음향블랙홀 모듈을 제공할 수 있다.In another aspect, the beam combining module may provide a spiral acoustic black hole module in which a plurality of beam fastening grooves extending from an upper surface to a side surface are formed, and the fastening area is coupled to the plurality of beam fastening grooves.
다른 측면에서, 상기 빔 결합모듈은 상기 나선형 음향블랙홀 빔의 비틀림의 정도를 조정하는 비틀림 조정 장치를 포함하는 나선형 음향블랙홀 모듈을 제공할 수 있다.In another aspect, the beam combining module may provide a spiral acoustic black hole module including a torsion adjusting device for adjusting a degree of twist of the spiral acoustic black hole beam.
또 다른 측면에서, 진동 및 소음의 저감을 위해 구조물에 장착되는 빔 결합모듈, 상기 빔 결합모듈에 결합되는 복수의 나선형 음향블랙홀 빔을 포함하고, 상기 복수의 나선형 음향블랙홀 빔은 상기 빔 결합모듈을 중심으로 방사형으로 위치하고, 상기 복수의 나선형 음향블랙홀 빔은 길이 방향의 축을 기준으로 적어도 일부 영역이 비틀린 형태를 가지는 나선형 음향블랙홀 모듈; 및 상기 구조물을 포함하는 장치의 복수의 관심 영역에 부착되어 상기 진동 및 소음 정보를 센싱하는 센싱부; 상기 센싱부의 센싱 정보에 기초하여 상기 진동 및 소음의 전달 경로를 분석하는 컴퓨팅 장치;를 포함하고, 상기 컴퓨팅 장치의 분석 결과에 기초하여 상기 구조물의 영역 중 상기 나선형 음향블랙홀 모듈의 설치 위치를 표시하는 나선형 음향 블랙홀 모듈을 이용한 소음 및 진동 저감 시스템을 제공할 수 있다.On another aspect, It includes a beam combining module mounted on a structure to reduce vibration and noise, and a plurality of spiral acoustic black hole beams coupled to the beam combining module, wherein the plurality of spiral acoustic black hole beams are radially positioned around the beam combining module. , A spiral acoustic black hole module in which the plurality of spiral acoustic black hole beams have a shape in which at least some regions are twisted with respect to an axis in a longitudinal direction; and a sensing unit attached to a plurality of regions of interest of a device including the structure to sense the vibration and noise information. A computing device for analyzing a transmission path of the vibration and noise based on the sensing information of the sensing unit; and displaying an installation position of the spiral acoustic black hole module in the area of the structure based on the analysis result of the computing device A noise and vibration reduction system using a spiral acoustic black hole module may be provided.
다른 측면에서, 상기 빔 결합모듈은 상기 나선형 음향블랙홀 빔의 비틀림의 정도를 조정하는 비틀림 조정 장치를 포함하고, 상기 컴퓨팅 장치는 나선형 음향블랙홀 모듈이 부착된 구조물의 진동 및 소음 정보에 기초하여 상기 구조물에 부착된 나선형 음향블랙홀 모듈의 나선형 음향블랙홀 빔의 비틀림 정도를 상기 비틀림 조정 장치를 통해 조정하는 나선형 음향 블랙홀 모듈을 이용한 소음 및 진동 저감 시스템을 제공할 수 있다.In another aspect, the beam combining module includes a torsion adjusting device for adjusting the degree of twist of the spiral acoustic black hole beam, and the computing device controls the structure based on vibration and noise information of the structure to which the spiral acoustic black hole module is attached. It is possible to provide a noise and vibration reduction system using a spiral acoustic black hole module that adjusts the torsion degree of a spiral acoustic black hole beam of a spiral acoustic black hole module attached thereto through the torsion adjusting device.
실시예에 따른 모듈형 ABH 구조는 원치 않는 진동을 효율적으로 제어하고 공간적 제약을 극복하기 때문에 실제 구조에 적용할 수 있는 이점이 있다.Since the modular ABH structure according to the embodiment efficiently controls unwanted vibration and overcomes spatial limitations, there is an advantage in that it can be applied to actual structures.
실시예는 모듈형 ABH 구조에 더 많은 ABH 빔을 조립할 수 있도록 하여 감쇠 재료로 진동파를 수집하고 방출할 수 있도록 한다.Embodiments allow assembling more ABH beams into a modular ABH structure to collect and emit vibrational waves with a damping material.
실시예는 여기 방향이 바이노멀(binormal) 방향임에도 불구하고 ABH의 효과가 나타나는 나선형 음향 블랙홀 모듈을 제공한다.The embodiment provides a spiral acoustic black hole module in which the effect of ABH is exhibited even though the excitation direction is a binormal direction.
실시예는 파동 전파를 효과적이고 효율적으로 제어할 수 있는 나선형 음향 블랙홀 모듈을 제공할 수 있다.Embodiments may provide a spiral acoustic black hole module capable of effectively and efficiently controlling wave propagation.
실시예는 장치의 복수의 영역에서의 진동 및 소음의 전달 경로를 분석하여 구조물에서의 나선형 음향블랙홀 모듈의 적정 설치 위치를 분석할 수 있는 시스템을 제공할 수 있다.The embodiment may provide a system capable of analyzing the proper installation position of the spiral acoustic black hole module in a structure by analyzing transmission paths of vibration and noise in a plurality of areas of the device.
실시예는 진동/구조기인소음이 문제가 되는 구조물에 부착하는 형식으로 1) 주파수에 범위가 모듈의 음향블랙홀 빔의 길이에 따라서 결정되는 차단주파수 이상의 모든 주파수 영역에서 저감의 효과를 갖으며, 2) 진동에너지에 따라서 가변적으로 음향블랙홀 보의 수를 변경하여 장착할 수 있는 효과가 있다.The embodiment is in the form of attaching to a structure in which vibration/structure-induced noise is a problem. 1) It has a reduction effect in all frequency regions above the cutoff frequency whose frequency range is determined according to the length of the acoustic black hole beam of the module, 2 ) There is an effect that can be installed by changing the number of acoustic black hole beams variably according to the vibration energy.
또한, 나선형 음향블랙홀 모듈은 구조물 상의 편평부에 부착하여 면에 수직방향의 진동의 크기를 특정주파수 이상 영역에서 저감할 수 있으며, 축에 장착하는 경우 축의 비틀림 진동을 저감할 수 있다.In addition, the spiral acoustic black hole module can be attached to a flat part on a structure to reduce the magnitude of vibration in a direction perpendicular to the surface in a region of a specific frequency or higher, and when mounted on a shaft, torsional vibration of the shaft can be reduced.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 나선형 음향블랙홀 모듈에 대한 사시도이고, 도 3은 캡이 분리된 나선형 음향블랙홀 모듈에 대한 사시도이다.
도 4 내지 도 6은 캡이 분리된 빔 결합모듈을 다양한 각도에서 바라본 것이다.
도 7 내지 도 9는 나선형 음향블랙홀 빔을 다양한 각도에서 바라본 것이다.
도 10은 빔 결합모듈에 나선형 음향블랙홀 빔이 체결되는 것을 구체적으로 설명하기 위한 것이다.
도 11에서 (a)는 과도 분석을 위한 음향 블랙홀 빔의 형상을 나타내고, (b)는 과도 분석을 위한 여기력 타임 히스토리에 관한 그래프이다.
도 12는 비틀림 미적용 음향 블랙홀 빔(a), 90도 회전된 음향 블랙홀 빔(b) 및 h-ABH 빔의 구조를 나타낸다.
도 13은 과도 분석의 이동 시간을 비교하기 위한 다른 응답 노드를 설명하기 위한 것이다.
도 14는 비교예의 음향블랙홀 빔에 대한 지정된 위치의 변위를 나타낸 그래프이다.
도 15는 h-ABH 빔을에 대한 지정된 위치에서의 변위를 나타낸 그래프이다.
도 16은 h-ABH의 반사계수 추정을 위한 여기 및 응답 노드를 설명하기 위한 것이다.
도 17은 반사 계수를 위한 h-ABH의 3가지 추가 모델을 나타낸 것이다.
도 18은 바이노멀 여기를 갖는 4개의 다른 h-음향 블랙홀 빔에 대한 반사 계수를 나타낸 그래프이다.
도 19는 기존의 음향 블랙홀 빔과 4개의 다른 음향 블랙홀 빔에 대한 반사 계수와 정상 여기를 비교한 그래프이다.
도 20은 H-ABH에 대한 정규화된 파수 변화를 나타낸 그래프이다.
도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 나선형 음향블랙홀 모듈에서 하나의 나선형 음향블랙홀 빔이 분리된 상태도이다.
도 22는 빔 결합모듈에 마련된 비틀림 조정 장치를 구비한 나선형 음향블랙홀 모듈을 나타낸 것이다.
도 23은 비틀림 조정 장치의 일부를 구체적으로 도시한 것이다.
도 24는 비틀림 조정 장치의 구동에 따라 나선형 음향블랙홀 빔이 비틀러지는 것을 설명하기 위한 것이다.
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 나선형 음향 블랙홀 모듈을 이용한 소음 및 진동 저감 시스템의 블록도이다.
도 26은 본 발명의 실시예가 적용된 구조물의 진동의 저감효과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 27은 기존의 모듈식 ABH 구조를 보여준다.1 and 2 are perspective views of a spiral acoustic black hole module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a perspective view of a spiral acoustic black hole module from which a cap is separated.
4 to 6 are views of the cap-separated beam coupling module from various angles.
7 to 9 are views of a spiral acoustic black hole beam from various angles.
10 is for explaining in detail how a spiral acoustic black hole beam is coupled to a beam combining module.
In FIG. 11, (a) shows the shape of an acoustic black hole beam for transient analysis, and (b) is a graph of excitation force time history for transient analysis.
12 shows structures of an acoustic black hole beam (a) without twisting, an acoustic black hole beam (b) rotated by 90 degrees, and an h-ABH beam.
13 is for explaining another response node for comparing the travel time of the transient analysis.
14 is a graph showing the displacement of a designated position for an acoustic black hole beam of a comparative example.
15 is a graph showing displacement at a designated position for an h-ABH beam.
16 is for explaining excitation and response nodes for estimating the reflection coefficient of h-ABH.
Figure 17 shows three additional models of h-ABH for reflection coefficients.
18 is a graph showing reflection coefficients for four different h-acoustic black hole beams with binormal excitation.
19 is a graph comparing the reflection coefficients and normal excitation for a conventional acoustic black hole beam and four other acoustic black hole beams.
20 is a graph showing normalized wavenumber change for H-ABH.
21 is a state diagram in which one spiral acoustic black hole beam is separated from a spiral acoustic black hole module according to another embodiment of the present invention.
22 shows a spiral acoustic black hole module having a torsion adjusting device provided in a beam combining module.
23 shows a part of the torsion adjustment device in detail.
24 is for explaining the twisting of a spiral acoustic black hole beam according to the driving of the torsion adjusting device.
25 is a block diagram of a noise and vibration reduction system using a spiral acoustic black hole module according to an embodiment of the present invention.
26 is a graph showing the effect of reducing vibration of a structure to which an embodiment of the present invention is applied.
27 shows a conventional modular ABH structure.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. Effects and features of the present invention, and methods for achieving them will become clear with reference to the embodiments described later in detail together with the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various forms. In the following embodiments, terms such as first and second are used for the purpose of distinguishing one component from another component without limiting meaning. Also, expressions in the singular number include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In addition, terms such as include or have mean that features or elements described in the specification exist, and do not preclude the possibility that one or more other features or elements may be added. In addition, in the drawings, the size of components may be exaggerated or reduced for convenience of description. For example, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and when describing with reference to the drawings, the same or corresponding components are assigned the same reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. .
- 나선형 음향블랙홀 모듈 - Spiral acoustic black hole module
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 나선형 음향블랙홀 모듈에 대한 사시도이고, 도 3은 캡이 분리된 나선형 음향블랙홀 모듈에 대한 사시도이다.1 and 2 are perspective views of a spiral acoustic black hole module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a perspective view of a spiral acoustic black hole module from which a cap is separated.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나선형 음향블랙홀 모듈은 빔 결합모듈(100)과 나선형 음향블랙홀(Helix-acoustic black hole: h-ABH) 빔(200)으로 구성될 수 있다.1 and 2, the helix acoustic black hole module according to an embodiment of the present invention may be composed of a
나선형 음향블랙홀 빔(200)은 복수개로 구성될 수 있다. 예시적으로 나선형 음향블랙홀 빔(200)의 개수는 12개로 많은 수의 빔을 빔 결합모듈(100)에 장착할 수 있다. 모듈식 ABH 구조에 조립된 ABH 빔의 수가 많을수록 더 높은 파동 에너지가 포획된 다음 댐핑 재료에 의해 소멸되는 것과 같이 성능이 향상된다.The spiral acoustic
복수의 나선형 음향블랙홀 빔(200)은 빔 결합모듈(100)을 중심으로 방사형태가 되도록 빔 결합모듈(100)에 결합될 수 있다. 복수의 나선형 음향블랙홀 빔(200)들 각각은 빔 결합모듈(100)에 결합된 상태에서 서로 동일한 거리로 이격되어 위치할 수 있고, 실시예를 상부면에서 바라보면 빔 결합모듈(100)을 중심으로 하여 좌우 및 상하 대칭 형상을 가질 수 있다.A plurality of spiral acoustic black hole beams 200 may be coupled to the
또한, 나선형 음향블랙홀 빔(200)들은 서로 동일한 길이를 가질 수 있다.In addition, the spiral acoustic black hole beams 200 may have the same length as each other.
- 빔 결합모듈 - Beam combination module
도 4 내지 도 6은 캡이 분리된 빔 결합모듈을 다양한 각도에서 바라본 것이다.4 to 6 are views of the cap-separated beam coupling module from various angles.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 빔 결합모듈(100)은 전체적으로 원형 형상을 가질 수 있다. 빔 결합모듈(100)은 구조물과 체결되고, 특정 방향으로의 무게 중심이 편중됨에 따라 구조물에 영향을 주는 것을 최소화하기 위하여 원형 형상을 가질 수 있다. 또한, 회전하는 구조물에 결합된 빔 결합모듈(100)의 특정 방향으로의 무게의 편중에 따라 균일한 원심력을 제공하는데 방해가되는 문제를 방지하기 위하여 원형 형상을 가지는 것이 바람직하다.Referring to FIGS. 3 to 6 , the
빔 결합모듈(100)의 상부면에서 측면까지 이어지는 복수의 빔 체결홈(110)이 형성될 수 있다. 복수의 빔 체결홈(110)은 빔 결합모듈(100)에 체결되는 나선형 음향블랙홀 빔의 개수에 대응하여 빔 결합모듈(100)의 상부면에 형성될 수 있다. 복수의 빔 체결홈(110)들 각각은 빔 결합모듈(100)의 중심으로부터 서로 동일한 거리로 이격되고 복수의 빔 체결홈(110)들 각각은 서로 동일한 거리로 이격되어 빔 결합모듈(100)을 중심으로 좌우 및 상하 대칭 형태를 보인다.A plurality of
빔 결합모듈(100)의 중심 영역에는 구조물 삽입홀(120)이 형성될 수 있다. 즉 빔 결합모듈(100)의 중심 영역에는 나선형 음향블랙홀 빔(200)과 수직한 방향의 구조물 삽입홀(120)이 형성될 수 있다.A
구조물 삽입홀(120)은 빔 결합모듈(100)의 상부면과 하부면을 연결하는 홀이다. 구조물 삽입홀(120)을 통해 빔 결합 모듈(100)은 진동이나 소음의 저감이 필요한 구조물(예를 들어 파이프라인)에 결합될 수 있다. The
빔 결합모듈(100)의 상부면에는 복수의 체결홀(130)이 형성될 수 있다. 복수의 체결홀(130)들 각각은 빔 결합모듈(100)의 상부면에서 복수의 빔 체결홈(110)이 형성되지 않은 영역 상에 형성될 수 있다.A plurality of
빔 결합모듈(100)은 구조물(장치의 외면)에 부착할 때 복수의 체결홀(130)을 통해, 예를 들어 나사 결합 방식으로 빔 결합모듈(100)이 구조물에 부착될 수 있도록 한다.When the
빔 결합모듈(100)에는 복수의 나선형 음향블랙홀 빔(200)이 결합되면 도 3에서와 같은 형태가 되고, 도 2에서와 같이 캡을 빔 결합모듈(100)의 상부면에 결합하여 나선형 음향블랙홀 모듈을 조립완료할 수 있다.When a plurality of spiral acoustic black hole beams 200 are combined with the
- 나선형 음향블랙홀 빔 - Spiral Acoustic Black Hole Beam
도 7 내지 도 9는 나선형 음향블랙홀 빔을 다양한 각도에서 바라본 것이다.7 to 9 are views of a spiral acoustic black hole beam from various angles.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 나선형 음향블랙홀 빔(200)은 길이 방향의 축을 기준으로 꼬인 형상을 가질 수 있다. 상세하게, 나선형 음향블랙홀 빔(200)은 일정한 멱법칙에 따라 길이 방향으로 두께가 감소하는 구배부 타입으로 구성되고 길이 방향으로 점진적으로 회전하여 끝단 부분에서 수직방향을 이룰 수 있다. 그에 따라 빔 결합모듈(100)의 구조물 상의 부착면 방향의 진동를 효과적으로 저감한다.Referring to FIGS. 7 to 9 , the spiral acoustic
또한 나선형 음향블랙홀 빔(200)의 끝단에는 제진층이 형성될 수 있다.In addition, a damping layer may be formed at an end of the spiral acoustic
나선형 음향블랙홀 빔(200)은 빔 영역(a)과 체결 영역(b)으로 구분될 수 있다. 빔 영역(a)은 평탄 영역(210)과 비틀림 영역(220)으로 구분될 수 있다.The spiral acoustic
나선형 음향블랙홀 빔(200)은 길이 방향을 따라 두께가 점진적으로 감소할 수 있고, 일부 영역은 비틀릴 수 있다.The thickness of the spiral acoustic
빔 영역(a)과 체결 영역(b)은 서로 일체로 형성될 수 있다.The beam area (a) and the fastening area (b) may be integrally formed with each other.
체결 영역(b)은 체결부(230)에 해당하는 영역이다.The fastening area (b) is an area corresponding to the
빔 영역(a)의 일측과 타측 각각은 평탄 영역(210)이 될 수 있고, 일측 및 타측의 평탄 영역(210)의 사이는 비틀림 영역(220)이 될 수 있다. 평탄 영역(210)은 일측 평탄 영역(211)과 타측 평탄 영역(212)으로 구분될 수 있다. 타측 평탄 영역(212)은 체결부(230)와 이어지는 영역이다. 그리고, 빔 영역(a)은 빔 결합모듈(100)에서 멀어지는 방향으로 갈수록 두께가 점진적으로 감소하는 형태가 될 수 있다.Each of one side and the other side of the beam region (a) may be a
비틀림 영역(220)은 빔 영역(a)의 전체 영역에서 평탄 영역(210) 대비 소정의 비율로 비틀러진 영역이 될 수 있다.The
비틀림 영역(220)은 Y축 방향을 따라 비틀러지면서 형성될 수 있다.The
나선형 음향블랙홀 빔(200)의 체결부(230)는 빔 결합모듈(100)에 체결되는 부위이다. 즉, 다수의 나선형 음향블랙홀 빔(200)을 용접 등의 방식으로 빔 결합모듈(100)에 결합하는 방식이 아닌 탈부착하는 방식으로 빔 결합모듈(100)에 결합할 수 있다.The
도 10은 빔 결합모듈에 나선형 음향블랙홀 빔이 체결되는 것을 구체적으로 설명하기 위한 것이다.10 is for explaining in detail how a spiral acoustic black hole beam is coupled to a beam combining module.
도 10을 참조하면, 나선형 음향블랙홀 빔(200)이 빔 결합모듈(100)의 상측에서 하측 방향으로 삽입되는 형태로 빔 결합모듈(100)에 결합될 수 있다.Referring to FIG. 10 , a spiral acoustic
빔 체결홈(110)은 제1 체결홈(111), 제2 체결홈(112), 제3 체결홈(113)으로 구성되고, 이들은 하나의 홈을 형성할 수 있다. 제1 체결홈(111)은 빔 결합모듈(100)의 외측면의 일부 영역에서부터 빔 결합모듈(100)의 중심을 향해 소정의 깊이로 형성된 홈이고, 제2 체결홈(112)은 제1 체결홈(111)에서 이어져 빔 결합모듈(100)의 중심을 향해 소정의 깊이로 형성된 홈이며, 제3 체결홈(113)은 제2 체결홈(112)에서 이어져 빔 결합모듈(100)의 중심을 향해 소정의 깊이로 형성된 홈이다. 제2 체결홈(112)은 제1 체결홈(111)보다 좁은 좌우 폭을 가지고, 제3 체결홈(113)은 전체적으로 원형과 근사한 홈 형상을 가지며 지름의 길이가 제2 체결홈(112)의 폭보다 긴 길이가 될 수 있다. The
나선형 음향블랙홀 빔(200)의 체결부(230)는 빔 체결홈(110)에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 따라서, 체결부(230)는 제1 체결홈(111)과 대응하는 형상의 제1 부(231), 제2 체결홈(112)과 대응하는 형상의 제2 부(232) 및 제3 체결홈(113)과 대응하는 형상의 제3 부(233)를 가질 수 있다. 제3 체결홈(113)은 전체적으로 원형과 근사한 홈 형상을 가지며 지름의 길이가 제2 체결홈(112)의 폭보다 긴 길이가 됨에 따라 체결부(230)는 빔 결합모듈(100)에 결합된 후 좌우, 전방 및 후방 방향으로의 이탈이 방지되면서 고정된다. 그리고, 상부측에 캡(도 2)이 씌워지면서 체결부(230)가 상측으로의 이탈이 방지되면서 고정된다.The
이하 본 발명의 h-ABH의 특성을 수치적으로 조사하기 위해 과도 분석 및 고조파 주파수 분석을 통해 진행하였다. 과도 분석을 통해 ABH 영역에서 파동 전파가 얼마나 잘 포획될 수 있는지는 균일한 두께 부분과 ABH 영역 사이의 이동 시간을 비교하여 결정된다. 반사 계수가 기존 ABH 빔에서 가장 중요한 성능 중에서 하나라는 것도 알려져 있다. 고조파 주파수 분석을 통해 ABH 영역을 얼마나 "선명하게" 또는 "부드럽게" 비틀었는지에 따라 반사 계수가 달라지는지 아는 것이 중요하다. 따러서 이를 분석하기 위해 h-ABH의 네 가지 다른 모델이 제안된다. h-ABH 빔의 반사 계수를 추정하고 그 결과를 기존 ABH 빔과 비교한다.Hereinafter, in order to numerically investigate the characteristics of the h-ABH of the present invention, transient analysis and harmonic frequency analysis were performed. Through transient analysis, how well the wave propagation can be captured in the ABH region is determined by comparing the travel time between the uniform thickness portion and the ABH region. It is also known that the reflection coefficient is one of the most important performance in conventional ABH beams. Through harmonic frequency analysis, it is important to know how the reflection coefficient varies depending on how “sharpen” or “smooth” the ABH region is twisted. Therefore, four different models of h-ABH are proposed to analyze it. The reflection coefficient of the h-ABH beam is estimated and the result is compared with the conventional ABH beam.
이하 이를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, this will be described in detail.
도 11에서 (a)는 과도 분석을 위한 음향 블랙홀 빔의 형상을 나타내고, (b)는 과도 분석을 위한 여기력 타임 히스토리에 관한 그래프이다. 그리고 도 12는 비틀림 미적용 음향 블랙홀 빔(a), 90도 회전된 음향 블랙홀 빔(b) 및 h-ABH 빔의 구조를 나타낸다.In FIG. 11, (a) shows the shape of an acoustic black hole beam for transient analysis, and (b) is a graph of excitation force time history for transient analysis. 12 shows structures of an acoustic black hole beam (a) without twisting, an acoustic black hole beam (b) rotated by 90 degrees, and an h-ABH beam.
- ABH -ABH
비틀림 미적용 ABH 빔에는 일반적으로 두 개의 항목이 고려될 수 있다. 두 개의 항목으로는 균일한 두께 부분과 ABH 영역이다. ABH의 두께가 감소하기 때문에 ABH 영역의 두께 다항식 함수(thickness polynomial function)는 수학식 1을 충족한다.In general, two items can be considered for torsion-free ABH beams. The two items are the uniform thickness area and the ABH area. Since the thickness of the ABH decreases, the thickness polynomial function of the ABH region satisfies
[수학식 1][Equation 1]
수학식 1에서 지수 m은 양수이고 2.0보다 커야하며 계수 는 상수값이며, y는 멱법칙 프로파일의 끝으로부터의 거리이다. 두께 h1은 도 11(a)에서와 같이 실제로 두께가 0인 구조를 구축하는 것은 불가능하기 때문에 ABH 영역의 끝이 잘린 두께가 필요하다. 도 11(b)에서 표시된 입사파의 진동은 일반적으로 도 12(a)에서와 같이 비틀림 미적용 ABH 빔에서 가로 방향으로 발생한다. In
오일러-베르누이(Euler-Bernoulli) 가정하에서 1차원 파동 전파는 수학식 2와 같이 복소진폭 W(y)를 사용하여 설명할 수 있다. 그리고, 굴곡파가 ABH 영역을 통해 전파하고, 이 때 멱법칙 프로파일이 사용된다.Under the Euler-Bernoulli assumption, one-dimensional wave propagation can be explained using the complex amplitude W(y) as shown in
[수학식 2][Equation 2]
수학식 2에서 A(y)는 위치 y에서 파동의 진폭, j는 가상 단위, θ(y)는 다음 수학식 3과 같이 총 누적 위상이다.In
[수학식 3][Equation 3]
수학식 3에서 kf(y)는 국부 굴곡파수이다. 수학식 1에 따라 두께가 변한다고 가정하면 국부 굴곡파수는 수학식 4를 충족한다.In Equation 3, kf(y) is the local flexural wave number. Assuming that the thickness changes according to
[수학식 4][Equation 4]
수학식 4에서 ρ는 밀도, ω는 각 주파수, E = E (1 + jη)는 복소 영률(E는 저장 계수, η는 손실 계수), h (y)는 두께이다. c = ω / kf이기 때문에 위상 속도는 수학식 5를 충족한다.In Equation 4, ρ is the density, ω is the angular frequency, E = E (1 + jη) is the complex Young's modulus (E is the storage coefficient, η is the loss coefficient), and h (y) is the thickness. Since c = ω/kf, the phase velocity satisfies Equation 5.
[수학식 5][Equation 5]
일정한 두께의 균일한 등방성 평면 빔의 경우 위상 속도는 주파수의 제곱근에 비례한다. ABH 부분의 두께가 0이되면 주파수는 무한대에 가까워지고 굽힘 파동 속도는 0에 가까워 ABH 효과가 발생한다.For a uniform isotropic planar beam of constant thickness, the phase velocity is proportional to the square root of the frequency. When the thickness of the ABH section becomes zero, the frequency approaches infinity and the bending wave velocity approaches zero, resulting in the ABH effect.
- 반사 계수 - reflection coefficient
비틀림 미적용 ABH의 기본 개념은 위상 속도가 0에 가까워질 때 "제로 반사"를 기반으로 한다. 변위에 대한 일반적인 솔루션은 수학식 6과 같이 4 개의 파동의 합으로 표현할 수 있다.The basic concept of torsion-free ABH is based on "zero reflection" when the phase velocity approaches zero. A general solution for the displacement can be expressed as the sum of four waves as shown in Equation 6.
[수학식 6][Equation 6]
수학식 6에서 계수 A, B, C 및 D는 역방향 및 순방향 전파 및 감쇠파(forward propagation and attenuation Waves)의 크기를 나타낸다.In Equation 6, the coefficients A, B, C, and D represent the magnitude of forward propagation and attenuation waves.
파동이 여기점과 경계에서 멀리 떨어져 있다고 가정하면 감쇠파는 무시될 수 있고 파동장은 Denis et al. (2015), Ouisseet al. (2019)에서 소개된 두 전파파의 합으로 수학식 7과 같이 근사화될 수 있다.Assuming that the waves are far from the excitation point and the boundary, the damped waves can be neglected and the wavefield Denis et al. (2015), Ouissee et al. (2019) can be approximated as in Equation 7 as the sum of the two radio waves.
[수학식 7][Equation 7]
따라서, 반사 계수는 수학식 8과 같이 정의할 수 있다.Therefore, the reflection coefficient can be defined as in Equation 8.
[수학식 8][Equation 8]
반사계수는 여러 위치에서 변위를 측정하여 획득할 수 있다.The reflection coefficient can be obtained by measuring the displacement at several locations.
가로는 빔(i = 1, … , n; n ≥ 2)을 따라 n개의 위치 yi에서 배치 w(yi)가 측정된다. 그러면 측정된 변위는 수학식 7의 일반 솔루션을 만족한다. 따라서 각 주파수에서 수학식 9의 방정식이 얻어진다.Arrangement w(yi) is measured at n positions yi along the transverse beam (i = 1, ..., n; n ≥ 2). Then, the measured displacement satisfies the general solution of equation (7). Thus, the equation of Equation 9 is obtained at each frequency.
[수학식 9][Equation 9]
계수 A와 B는 의사역행렬을 수학식 10과 같이 곱하여 추정할 수 있다.The coefficients A and B can be estimated by multiplying the pseudoinverse matrix as in
[수학식 10][Equation 10]
수학식 10에서 Moore-Penrose 일반화 역행렬 M † = (M M) -1이고, M*은 M의 켤레 전치이다.In
- 나선 음향 블랙홀- spiral acoustic black hole
모듈식 ABH 구조에 더 많은 ABH 빔을 조립하려면 새로운 유형의 ABH 빔이 필요하다. 조립된 ABH 빔에서는 보다 많은 원하지 않는 파동 에너지를 수집하고 분산시킬 수 있다. 그러나 공간적 제약으로 인해 베이스에 더 많은 ABH 빔을 조립하는 것은 쉽지 않다. 이러한 공간적 제약을 극복하기 위해 ABH 빔은 도 12(b)와 같이 수직으로 조립되며, 여기서 베이스의 여기파는 측면 방향이다. 이 경우 두께 수직방향 치수가 전혀 변하지 않기 때문에 ABH 효과가 발생하지 않을 수 있다. 이러한 문제를 극복하기 위한 한 가지 해결책으로 단순히 종축 h-ABH를 따라 ABH 영역을 비트는 것이다.To assemble more ABH beams into modular ABH structures, new types of ABH beams are needed. In the assembled ABH beam, more unwanted wave energy can be collected and dissipated. However, it is not easy to assemble more ABH beams on the base due to space constraints. In order to overcome this spatial limitation, the ABH beam is vertically assembled as shown in FIG. 12(b), where the excitation wave of the base is lateral. In this case, since the dimension in the vertical direction of the thickness does not change at all, the ABH effect may not occur. One solution to overcome this problem is to simply twist the ABH region along the longitudinal axis h-ABH.
1)One) h-ABH에 대한 좌표 규칙 Coordinate rules for h-ABH
비틀림 미적용 ABH 및 h-ABH 구조는 균일한 두께 부분과 ABH 빔 영역의 두 부분으로 구성된다. h-ABH에서 ABH 영역의 두께는 도 12(c)와 같이 세로 방향을 따라 꼬이면서 감소한다. ABH 영역이 세로 방향(Y 축)을 따라 꼬이기 때문에 법선 방향도 다르다. X, Y, Z 좌표가 정의되어 있다. 좌표계의 모호함을 피하기 위해 방향을 명확하게 정의해야 한다. 특히, h-ABH 빔의 ABH 부분의 경우 방향에 대한 "일반" 및 "바이노멀"이라는 용어 각각은 "수직(transverse)" 및 "측면(lateral)"이라는 용어 대신 채택된다. 법선은 h-ABH 빔에서 ABH 영역의 바닥 표면에 수직인 바깥쪽을 가리키는 방향이다. "법선" 방향은 Z축과 정렬되고 "바이노멀" 방향은 h-ABH에 대해 균일한 두께 부분과 ABH 영역 사이의 인터페이스 지점에서 X 축에 일치한다. 그러나 "법선" 방향은 X축과 정렬되고 "바이노멀" 방향은 h-ABH 빔 끝에서 Z축의 역과 일치한다.The torsion-free ABH and h-ABH structures consist of two parts: a uniform thickness part and an ABH beam area. In the h-ABH, the thickness of the ABH region decreases while being twisted along the longitudinal direction, as shown in FIG. 12(c). Since the ABH region is twisted along the longitudinal direction (Y axis), the normal direction is also different. X, Y, Z coordinates are defined. Directions should be clearly defined to avoid coordinate system ambiguity. In particular, in the case of the ABH portion of the h-ABH beam, the terms "normal" and "binormal" for the direction, respectively, are adopted instead of the terms "transverse" and "lateral". The normal is the direction pointing outward perpendicular to the bottom surface of the ABH region in the h-ABH beam. The "normal" direction is aligned with the Z axis and the "binormal" direction is aligned with the X axis at the interface point between the ABH region and the uniform thickness portion for h-ABH. However, the "normal" direction is aligned with the X-axis and the "bi-normal" direction coincides with the inverse of the Z-axis at the end of the h-ABH beam.
2)2) 파동 전파 시뮬레이션 wave propagation simulation
[표 1][Table 1]
비교예의 ABH와 h-ABH 빔의 굽힘파 전파를 비교하기 위해 과도 분석을 수행하였다. 도 11(b)에 표시된 것처럼 5주기 해닝 윈도우의 순수 톤 버스트 힘 신호(Hanning windowed pure tone burst force signal)를 사용하여 균일한 두께 부품의 가장자리에서 빔을 여기하였다. 표 1은 미틀림 미적용 빔과 h-ABH 빔 모두에 대한 기계적 재료 특성과 매개 변수를 보여준다.Transient analysis was performed to compare the bending wave propagation of the ABH and h-ABH beams of the comparative example. As shown in Fig. 11(b), the beam was excited at the edge of the uniform thickness part using a Hanning windowed pure tone burst force signal with a 5-period Hanning window. Table 1 shows the mechanical material properties and parameters for both the untwisted beam and the h-ABH beam.
도 27에 나타난 4개의 미틀림 미적용 ABH 빔을 갖는 모듈형 ABH 구조에서, 수직방향 여기는 베이스 구조로부터 전달된다. 그러나, 여기 방향은 90도 회전하는 ABH 빔에 대해 측면이다. 따라서 두 가지 다른 유형의 여기파가 고려되었다. (1) 비틀림 미적용 ABH 빔을 사용한 수직방향 여기 중 하나와 (2) 90도 회전된 ABH 빔을 사용한 수직방향 여기 중 하나이다. h-ABH 빔의 경우, 종법선 여기(binormal excitation)만을 고려한다. 파동 전파 시뮬레이션의 목적은 균일한 두께 부분과 ABH 영역 사이의 이동 시간을 비교하는 것이다.In the modular ABH structure with four twist-free ABH beams shown in Fig. 27, vertical excitation is transmitted from the base structure. However, the excitation direction is lateral to the ABH beam rotated 90 degrees. Therefore, two different types of excitation waves were considered. (1) one of vertical excitation using an ABH beam without torsion and (2) one of vertical excitation using an ABH beam rotated by 90 degrees. In the case of the h-ABH beam, only binormal excitation is considered. The purpose of the wave propagation simulation is to compare the travel time between the uniform thickness section and the ABH region.
수치 시뮬레이션을 수행하기 위해 상용 유한 요소 분석 소프트웨어인 MSC Nastran이 사용되었다. 3차원 8 노드 육면체 2차 차수 요소를 채택하고 수치 시뮬레이션 정확도를 보장하기 위해 로컬 파장당 최소 8개 요소를 포함하였다. 이동 시간을 추정하기 위해 세 개의 서로 다른 위치 노드가 선택되었다. 하나는 여기 지점이고, 다음 지점은 균일 한 두께와 ABH 영역 사이의 인터페이스 지점이며, 마지막 노드는 ABH 영역의 끝에 있다. 또한 균일한 두께 부분과 ABH 영역의 길이는 동일하다는 것을 알 수 있다. MSC Nastran, a commercial finite element analysis software, was used to perform the numerical simulations. A three-dimensional eight-node hexahedral second-order element was adopted and a minimum of eight elements per local wavelength was included to ensure numerical simulation accuracy. Three different location nodes were selected to estimate the travel time. One is the excitation point, the next point is the interface point between the uniform thickness and the ABH region, and the last node is at the end of the ABH region. It can also be seen that the uniform thickness portion and the length of the ABH region are the same.
도 13은 과도 분석의 이동 시간을 비교하기 위한 다른 응답 노드를 설명하기 위한 것이다.13 is for explaining another response node for comparing the travel time of the transient analysis.
미틀림 미적용 ABH에 대한 파동 전파 시뮬레이션을 수행하였다. 도 13의 y2 위치에 있는 검은 색 원이 여기 점이다. 빨간색 삼각형 y1은 균일한 두께의 빔 부분과 ABH 영역 사이의 경계면에 있다. 파란색 사각형 y0은 ABH 영역의 끝에 있다. 여기 방향은 미틀림 미적용 ABH 빔의 경우 Z 축(즉, 수직방향) 또는 90도 회전된 ABH 빔의 경우 X 축(즉, 측면방향)으로 설정된다. 도 13에서 선택한 위치 사이의 스팬(spans)은 동일하며, 파도가 일정한 속도로 전파되면 동일한 시간 간격으로 영역을 통과하게 된다. 그러나 웨이브 수가 변하면 시간 간격이 달라지는 것이 분명하다. ABH 영역의 시간 간격이 균일 영역의 시간 간격보다 길면 ABH 영역에서 파동을 포착하는 ABH 효과가 예상된다. 그렇지 않으면 ABH 효과가 예상되지 않는다. 따라서 굽힘파가 두 영역을 통과하는 이동 시간을 비교하였다.Wave propagation simulation was performed for the ABH without twisting applied. The black circle at the y2 position in FIG. 13 is the excitation point. The red triangle y1 is at the interface between the uniform thickness beam part and the ABH region. The blue rectangle y0 is at the end of the ABH region. The excitation direction is set to the Z axis (ie, vertical direction) in the case of an ABH beam without twisting or to the X axis (ie, lateral direction) in the case of an ABH beam rotated by 90 degrees. The spans between the locations selected in FIG. 13 are the same, and if waves propagate at a constant speed, they will pass through the area at equal time intervals. However, it is clear that the time interval changes as the number of waves changes. If the time interval of the ABH region is longer than that of the uniform region, the ABH effect of trapping waves in the ABH region is expected. Otherwise, no ABH effect is expected. Therefore, the travel time for the bending wave to pass through the two regions was compared.
도 14는 비교예의 음향블랙홀 빔에 대한 지정된 위치의 변위를 나타낸 그래프이다.14 is a graph showing the displacement of a designated position for an acoustic black hole beam of a comparative example.
검은색 원과 빨간색 삼각형 사이의 시간 간격은 파동이 균일한 두께 부분을 통과하는 데 걸리는 시간을 나타낸다. 빨간색 삼각형과 파란색 사각형 점 사이의 시간 간격은 ABH 영역을 통과하는 이동 시간을 나타낸다. 도 13에서 볼 수 있듯이 원이 있는 검은색 선은 여기 점에서 가로 변위이다. 힘이 빔을 여기하자마자 변위도 변동한다. 삼각형이 있는 빨간색 선은 균일한 두께 부분과 ABH 영역 사이의 경계 지점인 빨간색 삼각형 점의 변위를 나타낸다. 균일한 두께 부분을 이동하는 데 2.02ms가 걸렸다. 정사각형이 있는 파란색 선은 빔 끝의 변위를 나타낸다. 최대 변위는 삼각형이 변동하는 빨간색 선 이후 약 4.26ms 후에 표시된다. ABH 영역에서 두께가 감소하기 때문에 파동 속도도 느려진다. ABH 효과로 인해 이동 시간이 균일한 두께 부분보다 길다.The time interval between the black circle and the red triangle represents the time it takes for a wave to pass through a uniformly thick section. The time interval between the red triangle and blue square points represents the travel time through the ABH region. As can be seen in Fig. 13, the circled black line is the transverse displacement at the excitation point. As soon as the force excites the beam, the displacement also fluctuates. The red line with the triangle represents the displacement of the red triangle point, which is the boundary point between the uniform thickness part and the ABH region. It took 2.02 ms to move the uniform thickness part. The blue line with squares represents the displacement of the beam tip. The maximum displacement is displayed approximately 4.26 ms after the red line where the triangle fluctuates. Since the thickness decreases in the ABH region, the wave speed also slows down. Because of the ABH effect, the travel time is longer than for uniform thickness sections.
90도 회전된 ABH 빔을 사용한 측면 여기에 대해 규정된 세 지점의 변위가 도 14(b)에 나와 있다. 이 경우 두 영역을 통과하는 이동 시간은 거의 동일하다. 균일한 두께 부분에서 0.69ms, ABH 영역에서 0.70ms이다. 이것은 ABH 영역에서 ABH 효과가 발생하지 않음을 의미한다. 수직방향의 두께가 변하지 않기 때문에 수직방향 굽힘파의 속도는 파동 전파 중에 변하지 않는다. 90도 회전된 ABH 빔의 파수가 훨씬 낮기 때문에 측면 여기(0.69ms)의 시간이 수직방향 여기의 경우 (2.02ms)보다 훨씬 빠르다는 점에 유의해야 한다.The displacements of the three points prescribed for lateral excitation using an ABH beam rotated by 90 degrees are shown in Fig. 14(b). In this case, the travel time through the two regions is approximately the same. It is 0.69 ms in the uniform thickness part and 0.70 ms in the ABH region. This means that the ABH effect does not occur in the ABH region. Since the thickness in the vertical direction does not change, the velocity of the vertical bending wave does not change during wave propagation. It should be noted that the time of lateral excitation (0.69 ms) is much faster than that of vertical excitation (2.02 ms) because the wave number of the ABH beam rotated by 90 degrees is much lower.
수직방향 및 측면 방향 여기의 수치 시뮬레이션을 통해 90도 회전된 ABH 빔은 ABH 효과를 경험하지 않는 것으로 나타났다.Numerical simulations of vertical and lateral excitation showed that the ABH beam rotated by 90 degrees did not experience the ABH effect.
h-ABH에 대한 파동 전파 시뮬레이션을 수행하였다. h-ABH에 대해 파동 전파 시뮬레이션을 수행하여 종법선 여기(binormal excitation)에서 ABH 효과를 확인했다. h-ABH 빔에서 ABH 영역의 두께는 도 12(c)와 같이 세로 방향(Y 축)을 따라 감소하면서 비틀린다.Wave propagation simulations were performed for h-ABH. Wave propagation simulations were performed on h-ABH to confirm the ABH effect in binormal excitation. In the h-ABH beam, the thickness of the ABH region is twisted while decreasing along the vertical direction (Y axis) as shown in FIG. 12(c).
도 15는 h-ABH 빔을에 대한 지정된 위치에서의 변위를 나타낸 그래프이다.15 is a graph showing displacement at a designated position for an h-ABH beam.
h-ABH 빔의 경우, 도 15(a) 및 (b)와 같이 비정상 여기로 과도 응답도 계산되었다. 선택한 위치는 기존 ABH 모델의 위치와 동일하다.In the case of the h-ABH beam, the transient response was also calculated with unsteady excitation as shown in FIGS. 15(a) and (b). The selected position is the same as that of the existing ABH model.
도 15 (a)는 Z 방향 변위를 보여준다. y0의 위치는 주로 변동한다. 다른 지점인 y1 및 y2에서의 변위는 거의 무시할 수 있다. 여기 방향이 X 축이므로 균일한 두께 부분의 Z 방향 변위는 거의 제로이다. 그러나 ABH 영역 끝의 binormal 변위는 이 영역의 두께가 매우 얇기 때문에 크게 편향된다. ABH 영역의 끝에서 왕복 이동 시간은 2.79ms로, 이는 90도 회전된 ABH 빔 케이스(1.39ms)의 총 편도 이동 시간의 거의 두 배이다. 도 15(b)에 표시된 X 방향 변위의 경우 검은색 원과 빨간색 삼각형 사이의 시간 간격(즉, 균일한 두께 부분의 이동 시간)은 0.69ms로 90도 회전된 ABH 빔의 경우와거의 동일하다는 것이 분명하다. 빨간색 삼각형과 파란색 사각형 사이의 시간 간격(즉, 꼬인 ABH 영역을 통과하는 이동 시간)은 4.21ms로, 가로 여기 사례(4.26ms)의 미틀림 미적용 ABH와 비슷하다. 도 15(c)에 표시된 것처럼 y1 위치에서의 X 방향 변위는 binormal이라는 점에 유의해야 한다. y1 위치의 경우 binormal directional wave는 전체 h-ABH 빔을 통해 전파되어 ABH 영역의 끝에서 반사하는 데 1.41ms, 균일한 두께 부분으로 돌아가는 데 1.37ms가 걸린다. 균일한 두께 부분을 통한 이동 시간은 더 큰 관성 모멘트로 인해 다른 부분에 비해 약간 짧다. 도 15는 여기 방향이 binormal이지만 정상 및 binormal 방향 파동이 h-ABH 빔을 동시에 이동했음을 보여준다.Fig. 15 (a) shows the displacement in the Z direction. The position of y0 mainly fluctuates. The displacements at the other points y1 and y2 are almost negligible. Since the excitation direction is the X axis, the displacement in the Z direction of the uniform thickness portion is almost zero. However, the binormal displacement at the end of the ABH region is highly biased because the thickness of this region is very thin. The round-trip travel time at the end of the ABH region is 2.79 ms, which is almost twice the total one-way travel time of the 90 degree rotated ABH beam case (1.39 ms). In the case of the X-direction displacement shown in Fig. 15(b), the time interval between the black circle and the red triangle (i.e., the travel time of the uniform thickness part) is 0.69 ms, which is almost the same as that of the ABH beam rotated by 90 degrees. Obvious. The time interval between the red triangle and the blue square (i.e., the travel time through the twisted ABH region) is 4.21 ms, which is similar to the untwisted ABH of the transverse excitation case (4.26 ms). It should be noted that the displacement in the X direction at the y1 position is binormal, as shown in Fig. 15(c). For the y1 position, the binormal directional wave propagates through the entire h-ABH beam and takes 1.41 ms to reflect at the end of the ABH region and 1.37 ms to return to the uniform thickness portion. The travel time through the uniform thickness part is slightly shorter than the other part due to the larger moment of inertia. Fig. 15 shows that although the excitation direction is binormal, the waves in normal and binormal directions moved the h-ABH beam simultaneously.
[표 2][Table 2]
표 2는 (1)미틀림 미적용된 기존 ABH 빔, (2)90도 회전 ABH 빔 및 (3) h-ABH 빔의 이동 시간을 요약한다. 각 빔에는 균일 한 두께 부분과 ABH 영역이 있다. 기존 ABH 빔의 경우 이동 시간은 균일 한 두께 부분과 ABH 영역에서 각각 2.02ms와 4.26ms이다. ABH 영역에서 파동 속도가 느려지면 ABH 효과가 발생한다. 그러나 90도 회전된 기존 ABH 빔의 경우 균일한 두께 부분과 ABH 영역의 이동 시간이 거의 동일하므로 ABH 효과가 발생하지 않는다. h-ABH의 경우 이동은 균일한 두께 부분에서 0.69ms가 걸렸다. ABH 지역에서는 4.21ms가 걸렸다. 이러한 결과에서 ABH 효과는 h-ABH 빔에서 발생함이 분명함을 알 수 있다.Table 2 summarizes the travel times of (1) a conventional ABH beam without twisting, (2) a 90 degree rotated ABH beam, and (3) an h-ABH beam. Each beam has a uniform thickness section and an ABH region. For the conventional ABH beam, the travel times are 2.02 ms and 4.26 ms in the uniform thickness part and ABH region, respectively. When the wave speed slows down in the ABH region, the ABH effect occurs. However, in the case of the conventional ABH beam rotated by 90 degrees, the ABH effect does not occur because the travel time of the uniform thickness portion and the ABH area is almost the same. In the case of h-ABH, the movement took 0.69 ms in the uniform thickness part. In the ABH region, it took 4.21 ms. From these results, it is clear that the ABH effect occurs in the h-ABH beam.
3)3) 반사 계수 추정 Reflection coefficient estimation
[표 3][Table 3]
반사 계수는 ABH 빔의 가장 중요한 성능이다. 지금부터 h-ABH 빔 구조의 반사 계수는 유한 요소(FE) 모델을 사용하여 추정한다. 도 16은 반사 계수 추정에 사용된 h-ABH 빔 및 FE 모델의 치수를 보여준다. 반사 계수를 평가하기 위해 고조파 주파수 분석을 수행하였다. h-ABH 빔과 h-ABH의 감쇠 층은 각각 2 차 8 노드 육면체 요소로 18,000 및 2000으로 이산화되었다. 표 3은 h-ABH 빔의 기하학적 치수를 보여준다. 재료 특성은 표 1의 기존 ABH 빔의 특성과 동일하다.The reflection coefficient is the most important performance of an ABH beam. From now on, the reflection coefficient of the h-ABH beam structure is estimated using a finite element (FE) model. 16 shows the dimensions of the h-ABH beam and the FE model used for reflection coefficient estimation. Harmonic frequency analysis was performed to evaluate the reflection coefficient. The h-ABH beam and the attenuation layer of h-ABH were discretized to 18,000 and 2000 with second-order eight-node hexahedral elements, respectively. Table 3 shows the geometric dimensions of the h-ABH beam. The material properties are the same as those of the conventional ABH beam in Table 1.
도 16은 h-ABH의 반사계수 추정을 위한 여기 및 응답 노드를 설명하기 위한 것이다. 그리고, 도 17은 반사 계수를 위한 h-ABH의 3가지 추가 모델을 나타낸 것이다.16 is for explaining excitation and response nodes for estimating the reflection coefficient of h-ABH. And, Figure 17 shows three additional models of h-ABH for the reflection coefficient.
반사 계수는 도 16과 같이 세 개의 다른 위치에서 binormal 변위 W(yi)에서 추정되었다. 샘플링 지점은 빔 스팬의 중간에 위치해야 하며 두 개 이상에서 측정되어야 한다. 다른 점에서의 반사 계수 추정 방법은 기존 ABH 빔에 대한 반사 계수를 Ouisse 등의 반사 계수와 비교하여 검증하였다. 자유-자유 경계 조건(free-free boundary condition) 하에서, 균일한 두께 부품의 가장자리에서 4mm 떨어진 녹색 점에서 binormal, X 축 방향을 따라 단위 힘이 적용되었다. 바이노멀 변위는 균일한 두께 빔의 가장자리에서 y1 = 70mm, y2 = 84mm, y3 = 122mm 인 3 개의 빨간색 점에서 촬영되었다.The reflection coefficient was estimated from the binormal displacement W(yi) at three different locations as shown in FIG. The sampling point should be located in the middle of the beam span and should be measured in two or more. The reflection coefficient estimation method at different points was verified by comparing the reflection coefficient for the conventional ABH beam with that of Ouisse et al. Under free-free boundary conditions, a unit force was applied along the binormal, X-axis direction at the green point 4 mm from the edge of the uniform thickness part. The binormal displacement was taken at three red points at y1 = 70 mm, y2 = 84 mm, and y3 = 122 mm at the edge of the uniform thickness beam.
감쇠 재료는 반사 계수에서 매우 중요한 역할을 한다. h-ABH 빔의 경우 감쇠 층의 크기와 두께는 20mm × 20mm이다. 감쇠 재료(ηv)의 손실 계수는 0.8, 영계수 (Ev)는 1.8MPa, 밀도 (ρv)는 968kg/m3이다.The damping material plays a very important role in the reflection coefficient. For the h-ABH beam, the size and thickness of the attenuation layer are 20 mm × 20 mm. The loss factor of the damping material (ηv) is 0.8, the Young's modulus (Ev) is 1.8 MPa, and the density (ρv) is 968 kg/m 3 .
도 16과 같이 ABH 부분의 전체 길이가 Y 축을 따라 점진적으로 비틀어진다. 그러나 일부 다르게 비틀린 h-ABH 모델의 성능을 조사할 필요가 있다. ABH 영역의 전체 길이가 꼬이는 경우, 이를 "전체 비율" h-ABH라고 한다. 따라서 도 17(a)-(c)에 표시된 것처럼 나선 비율이 각각 2/3, 1/2 및 1/3 인 모델이 사용되었다. 예를 들어, 2/3 ABH 길이만 꼬인다. 2/3 모델의 경우, 다른 길이 부분은 평평하다. 여기 및 측정 지점은 도 16에 표시된 것처럼 h-ABH 빔의 것과 동일하였다.As shown in Fig. 16, the entire length of the ABH portion is progressively twisted along the Y axis. However, it is necessary to investigate the performance of some differently twisted h-ABH models. If the entire length of the ABH region is twisted, this is referred to as the “full proportion” h-ABH. Therefore, models with helix ratios of 2/3, 1/2 and 1/3, respectively, were used, as shown in Fig. 17(a)-(c). For example, twist only 2/3 ABH length. For the 2/3 model, the other length part is flat. The excitation and measurement points were identical to those of the h-ABH beam as shown in FIG. 16 .
FE 모델에 대한 꼬인 ABH 영역의 메쉬 품질은 종횡비 및 왜곡도 측면에서 확인되었다. "전체 비율" h-ABH 빔을 포함하여 4 개의 서로 다른 h-ABH 모델의 경우 최대 종횡비는 허용되는 6개였다. 값이 5보다 큰, 큰종횡비 요소(Large aspect ratio elements)는 18,000 개 중 1020개(단 6%)가 되었으며 대부분 ABH 빔의 끝 근처에 위치했다. 모든 FE 모델 중 최대 왜곡도는 29.03°로 허용된다.The mesh quality of the twisted ABH region for the FE model was confirmed in terms of aspect ratio and distortion. For the 4 different h-ABH models, including the "full ratio" h-ABH beam, the maximum aspect ratio was 6 allowed. Large aspect ratio elements with values greater than 5 resulted in 1020 out of 18,000 (only 6%), most of which were located near the ends of the ABH beams. The maximum distortion allowed among all FE models is 29.03°.
도 18은 바이노멀 여기를 갖는 4개의 다른 h-음향 블랙홀 빔에 대한 반사 계수를 나타낸 그래프이고, 도 19는 기존의 음향 블랙홀 빔과 4개의 다른 음향 블랙홀 빔에 대한 반사 계수와 정상 여기를 비교한 그래프이며, 도 20은 H-ABH에 대한 정규화된 파수 변화를 나타낸 그래프이다.18 is a graph showing the reflection coefficients for four different h-acoustic black hole beams with binormal excitation, and FIG. 19 compares the reflection coefficients and normal excitations for a conventional acoustic black hole beam and four different acoustic black hole beams. 20 is a graph showing normalized wavenumber change for H-ABH.
일반적인 음향 블랙홀 빔과 4개의 다른 음향 블랙홀 빔에 대한 반사 계수와 정상 여기를 비교한다.We compare the reflection coefficients and normal excitation for a normal acoustic black hole beam and four different acoustic black hole beams.
H-음향 블랙홀 빔에 대한 정규화된 파수 변화.Normalized wavenumber shift for an H-acoustic black hole beam.
도 18은 위에서 설명한 네 가지 h-ABH 모델에 대해 추정된 반사 계수를 보여준다. 전체 반사 계수 중 나선 비율에 관계없이 성능은 거의 비슷하다. 저주파 범위(0-3,000Hz)에서 반사 계수는 1에 가깝다. 그 후 3000Hz, 5500Hz 및 7200Hz 근처에서 반사 계수의 상당한 변화가 나타났다. 반사 계수는 ABH 부분의 꼬인 길이에 따라 달랐다. 특정 주파수에서 반사 계수가 높음에도 불구하고 고주파 범위에서 반사 계수가 낮은 경향이 있다. 또한 도 18에서와 같이 나선 비율이 감소함에 따라 밸리(valleys) 수가 증가한다는 점에 유의해야 한다. 반사 계수 측면에서 h-ABH는 ABH 효과가 유지되기 때문에 기존 ABH를 대체할 수 있다.18 shows estimated reflection coefficients for the four h-ABH models described above. Regardless of the percentage of helices in the total reflection coefficient, the performance is almost the same. In the low frequency range (0-3,000 Hz), the reflection coefficient is close to unity. After that, significant changes in the reflection coefficient appeared near 3000 Hz, 5500 Hz and 7200 Hz. The reflection coefficient differed depending on the twist length of the ABH segment. Although the reflection coefficient is high at certain frequencies, the reflection coefficient tends to be low in the high frequency range. It should also be noted that the number of valleys increases as the spiral ratio decreases, as shown in FIG. 18 . In terms of the reflection coefficient, h-ABH can replace the existing ABH because the ABH effect is maintained.
또한 도 19는 기존 ABH 빔과 위에서 설명한 4 개의 서로 다른 h-ABH 모델에 대한 반사 계수를 정상 방향파와 함께 보여준다. 이전 추정과의 유일한 차이점은 여기 방향과 반응점, 즉 binormal 방향이 아닌 일반 방향이다.19 also shows the reflection coefficients for the conventional ABH beam and the four different h-ABH models described above together with the stationary direction wave. The only difference from the previous estimate is the excitation direction and the reaction point, i.e. the normal direction rather than the binormal direction.
기존 ABH와 비교하여 h-ABH 구조는 나선 비율에 관계없이 반사 계수에 대해 유사한 성능을 나타냈다. 두 개는 도 19와 같이 꼬인 길이가 줄어들수록 밸리 수가 증가한다는 점에서 유사하다. 예를 들어, 나선 비율이 1 일 때 밸리 수는 4 개 (1800, 4000, 7000 및 9700Hz 근처)이다. 그러나 1/3 나선 비율 모델을 고려하면 9이다.Compared to the conventional ABH, the h-ABH structure exhibited similar performance for reflection coefficient regardless of the helix ratio. The two are similar in that the number of valleys increases as the twist length decreases, as shown in FIG. For example, when the spiral ratio is 1, the number of valleys is 4 (near 1800, 4000, 7000 and 9700 Hz). However, it is 9 if we consider the 1/3 helix ratio model.
[표 4][Table 4]
정규화된 파수 변화는 기하학적 음향 근사의 부드러움으로 도입되었다. 기하학적 복잡성으로 인해 h-ABH 빔의 정규화된 파수 변화를 식별하는 것은 어렵다. h-ABH 빔의 기하학적 평활도 특성을 설명하려면 2 차원 프로파일 정보가 필요하다. 너비 방향 X 축을 따라 중심 노드의 위치 데이터는 YZ 평면에서 검색되었으며, 이는 h-ABH 빔의 부드러움을 나타낼 수 있다. 이러한 좌표를 바탕으로 2차원 프로파일 데이터와 수학식 1에서 얻은 데이터 간의 차이를 최소화하여 미지 변수인 계수()와 지수(m)를 식별하였다. 이때 h0는 0으로 간주되었다. h-ABH 빔의 전체 비율 길이의 경우 계수와 지수는 각각 1.56 × 104 및 2.29였다. 그러나 h-ABH 빔의 1/3 길이를 고려했을 때 계수는 3.35 × 10 10이고 지수는 5.15였다. 4 개의 서로 다른 h-ABH 프로파일의 확인된 매개 변수가 표 4에 나와 있다. 예상대로 기울기는 1/3 h-ABH 빔의 경우 매우 과감하다. 지수 값이 5.0보다 크다. 이러한 매개 변수를 사용하여 4 개의 서로 다른 h-ABH 빔 모델에 대한 정규화된 파수 변화의 비교가 도 20에 나와 있다. 지수값을 증가시킴으로써, h-ABH 빔의 3분의 1 길이에 대해 기준이 2,000Hz 미만으로 위반되는 것과 같은 낮은 주파수 범위에서 평활도 기준을 위반한다.A normalized wavenumber change was introduced into the smoothness of the geometrical acoustic approximation. It is difficult to discern the normalized wavenumber change of the h-ABH beam due to geometric complexity. Two-dimensional profile information is required to describe the geometric smoothness characteristics of h-ABH beams. The positional data of the central node along the widthwise X axis were retrieved in the YZ plane, which can indicate the smoothness of the h-ABH beam. Based on these coordinates, the difference between the two-dimensional profile data and the data obtained in
실시예에서는 모듈형 ABH 구조에서 조립된 h-ABH 빔의 수를 증가시키기 위해 h-ABH 빔의 특성이 수치적으로 수행되었다. 모듈형 ABH 구조는 원치 않는 진동을 효율적으로 제어하기 때문에 실제 구조에 적용할 수 있는 잠재력이 크다. 모듈형 ABH 구조에 ABH 빔을 더 많이 조립할수록 감쇠 재료로 진동파를 수집하고 방출할 수 있다. 실시예에 따른 h-ABH 빔의 특성을 이해하기 위해 (i) 과도해석을 통해 균일한 두께 부분과 ABH 영역의 이동시간을 비교하고 (ii) 고조파 주파수 분석을 통해 h-ABH 빔의 반사계수를 추정하였다. 기존 ABH 빔의 경우 균일한 두께는 2.02ms, ABH 영역은 4.26ms의 이동 시간이 걸렸다. 이는 ABH 영역에서 파동 속도가 느려지고, 이 경우 ABH 효과가 발생한다는 것을 의미한다. 90도 회전한 기존 ABH 빔의 경우 균일한 두께와 ABH 영역의 경우 각각 0.69 ms와 0.70 ms가 걸렸다. 도달 시간은 거의 동일하여 이전 사례와는 다르다. ABH 부분의 두께가 전혀 변하지 않기 때문에 파수 변화는 매우 작다. 90도 회전하는 기존의 ABH 빔 케이스의 경우 ABH 효과를 기대할 수 없다. 또한 관성 모멘트가 훨씬 높기 때문에 파동 속도가 이전 사례보다 훨씬 빠르다는 점에 유의해야 한다. h-ABH 빔을 이용하여 균일한 두께는 0.69 ms, 여기 변위는 ABH 영역은 4.21 ms가 소요되었다. 4.21 ms의 이동 시간은 기존의 ABH 사례와 거의 동일하며, 여기 방향이 바이노멀임에도 불구하고 ABH 효과가 존재할 것으로 예상할 수 있다.In the examples, the characterization of h-ABH beams was performed numerically to increase the number of assembled h-ABH beams in a modular ABH structure. Because the modular ABH structure efficiently controls unwanted vibrations, it has great potential for application in practical structures. The more ABH beams are assembled into the modular ABH structure, the more vibrational waves can be collected and emitted by the damping material. In order to understand the characteristics of the h-ABH beam according to the embodiment, (i) compare the travel time of the uniform thickness portion and the ABH region through transient analysis, and (ii) calculate the reflection coefficient of the h-ABH beam through harmonic frequency analysis. estimated. In the case of the existing ABH beam, the uniform thickness took 2.02 ms and the ABH area took 4.26 ms of travel time. This means that the wave speed slows down in the ABH region, and in this case, the ABH effect occurs. For the conventional ABH beam rotated by 90 degrees, it took 0.69 ms and 0.70 ms for the uniform thickness and ABH area, respectively. The arrival time is almost the same, which is different from the previous case. Since the thickness of the ABH portion does not change at all, the wavenumber change is very small. In the case of a conventional ABH beam case that rotates 90 degrees, the ABH effect cannot be expected. It should also be noted that the wave speed is much higher than in the previous case because the moment of inertia is much higher. It took 0.69 ms for the uniform thickness using the h-ABH beam and 4.21 ms for the excitation displacement in the ABH region. The travel time of 4.21 ms is almost identical to the conventional ABH case, and we can expect the ABH effect to exist even though the excitation direction is binormal.
또한, 반사계수를 평가하였다. (1) 전체 비틀림 ABH 영역, (2) 2-3 세로 비틀림 ABH 빔 부분, (3) 반 길이 비틀림 ABH 빔 부분 및 (4) h-ABH의 ABH 빔 영역의 3분의 1 비틀림 길이 각각에 대한 반사계수를 평가하였다. 반사계수는 노멀과 바이노멀 여기 모두에서 높은 주파수 범위에서 낮은 경향을 보였다. 전체 반사 계수는 정상 여기를 가진 기존값과 유사하다. 비틀린 ABH 부분의 길이가 다른 경우 반사 계수가 달라지는 것이 분명해야 한다. 그러나 세 가지 다른 모양에 대한 반사 계수의 국부적인 낙하점이 있다. 뒤틀린 길이가 짧을때 더 많은 국소 낙하점을 갖는 경향이 있다. 또한 4가지 다른 h-ABH 빔 모델에 따른 정규화된 파수 변화를 추정하였다. 비틀린 비율의 길이가 짧을수록 지수 값이 더 높게 확인된다. 수치 시뮬레이션에서 새로운 h-ABH 빔이 모듈식 ABH 구조를 위한 파동 전파를 효과적이고 효율적으로 제어할 수 있음을 알 수 있다. h-ABH 빔은 ABH 효과를 유지하는 모듈식 ABH 구조로 조립할 수 있다. binormal excitation을 고려하더라도 h-ABH 빔에서 정상적인 방향 파가 생성되어 ABH 효과를 기대할 수 있다.In addition, the reflection coefficient was evaluated. For each of (1) full torsional ABH area, (2) 2-3 longitudinal twist ABH beam segments, (3) half length torsional ABH beam segments and (4) one-third torsional length of the ABH beam area of h-ABH. The reflection coefficient was evaluated. The reflection coefficient tended to be low in the high frequency range for both normal and binormal excitation. The total reflection coefficient is similar to the original value with normal excitation. It should be clear that the reflection coefficient differs for different lengths of the twisted ABH segments. However, there are local drop-off points in the reflection coefficient for the three different shapes. Short twist lengths tend to have more local drop points. In addition, normalized wavenumber changes according to four different h-ABH beam models were estimated. The shorter the length of the twist ratio, the higher the index value is identified. Numerical simulations show that the new h-ABH beam can effectively and efficiently control the wave propagation for modular ABH structures. The h-ABH beam can be assembled into a modular ABH structure that retains the ABH effect. Even considering the binormal excitation, a normal directional wave is generated from the h-ABH beam, so the ABH effect can be expected.
도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 나선형 음향블랙홀 모듈에서 하나의 나선형 음향블랙홀 빔이 분리된 상태도이다. 그리고, 도 22는 빔 결합모듈에 마련된 비틀림 조정 장치를 구비한 나선형 음향블랙홀 모듈을 나타낸 것이고, 도 23은 비틀림 조정 장치의 일부를 구체적으로 도시한 것이며, 도 24는 비틀림 조정 장치의 구동에 따라 나선형 음향블랙홀 빔이 비틀러지는 것을 설명하기 위한 것이다.21 is a state diagram in which one spiral acoustic black hole beam is separated from a spiral acoustic black hole module according to another embodiment of the present invention. In addition, FIG. 22 shows a spiral acoustic black hole module having a torsion adjusting device provided in the beam combining module, FIG. 23 shows a part of the torsion adjusting device in detail, and FIG. 24 shows a spiral according to the driving of the torsion adjusting device. This is to explain the twisting of the acoustic black hole beam.
도 21을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 나선형 음향블랙홀 모듈(10)은 빔 결합모듈(100)과 나선형 음향블랙홀 빔(200)을 포함할 수 있다. 빔 결합모듈(100)의 측면 둘레를 따라 복수개의 빔 삽입홈(190)이 형성될 수 있다. 복수의 음향블랙홀 빔(200)의 일측은 빔 삽입홈(190)에 삽입되어 결합될 수 있다. 빔 결합모듈(100)의 중앙 영역에는 구조물이 결합될 수 있는 구조물 삽입홀(120)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 21 , a spiral acoustic
일부 실시예에서 나선형 음향블랙홀 빔(200)은 소정의 탄성을 가진 재질로 구성될 수 있다.In some embodiments, the spiral acoustic
도 22 내지 도 24를 참조하면, 빔 결합모듈(100)에는 비틀림 조정 장치(300)가 설치될 수 있다. 비틀림 조정 장치(300)는 빔 결합모듈(100) 내부에서 구조물 삽입홀(120)을 중심으로 회전하는 제1 기어(310)와 제1 기어(310)에 맞물려 회전하는 복수의 제2 기어(320)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 기어(310, 320)는 하이포이드(hypoid gear) 시스템으로 구동될 수 있고, 빔 결합모듈(100)의 내부 하부면에는 제2 기어(320)를 회전시키기 위한 구동계(미도시)가 설치될 수 있다. 또한, 제2 기어(320)는 나선형 음향블랙홀 빔(200)의 길이방향의 축을 중심으로 회전할 수 있다. 제2 기어(320)는 나선형 음행블랙홀 빔(200)의 개수만큼 설치될 수 있다. 제2 기어(320)의 중심에는 빔 축(330)이 결합되고, 빔 축(330)의 끝단에는 가압부(340)가 형성될 수 있다. 즉, 빔 축(330)의 일단은 제2 기어(320)의 중심에 연결되고, 타측은 가압부(340)에 연결될 수 있다. 빔 축(330)과 가압부(340)는 서로 일체로 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 22 to 24 , a
일부 실시에에서, 나선형 음향블랙홀 빔(200)의 내부에는 빔 축(330)과 가압부(340)가 형성되고, 빔 축(330)의 일단은 나선형 음향블랙홀 빔(200)의 외부로 인출되어 나선형 음향블랙홀 빔(200)이 빔 삽입홈(190)에 결합시 빔 축(330)의 일단이 제2 기어(320)에 연결될 수 있다. 빔 축(330)은 나선형 음향블랙홀 빔(200)의 길이 방향을 따라 나선형 음향블랙홀 빔(200)의 내부에 설치되고, 가압부(340)는 나선형 음향블랙홀 빔(200)의 길이 방향의 축과 수직한 방향으로 나선형 음향블랙홀 빔(200)의 끝 단에 설치될 수 있다.In some embodiments, a
제1 기어(310)의 소정의 각도만큼 회전함에 따라 제1 기어(310)와 맞물린 복수의 제2 기어(320)는 이에 대응하여 회전하고, 그에 따라 빔 축(330)이 회전하면서 빔 축(330)의 끝 단에 연결된 가압부(340)가 회전하게 된다. 가압부(340)의 회전에 따라 나선형 음향블랙홀 빔(200)의 끝 단이 나선형 음향블랙홀 빔(200)의 길이 방향의 축을 중심으로 회전하는 힘을 받게 되면서 나선형 음향블랙홀 빔(200)이 비틀어지게 된다. 또한, 제1 기어(310)와 맞물린 복수의 제2 기어(320)는 모두 동일한 각도로 회전하게 되므로 모든 나선형 음향블랙홀 빔(200)의 비틀림 정도가 동일하게 된다.As the
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 나선형 음향 블랙홀 모듈을 이용한 소음 및 진동 저감 시스템의 블록도이다.25 is a block diagram of a noise and vibration reduction system using a spiral acoustic black hole module according to an embodiment of the present invention.
도 24 및 도 25를 참조하면, 나선형 음향 블랙홀 모듈을 이용한 소음 및 진동 저감 시스템(1)은 컴퓨팅 장치(400)와 디스플레이(500) 및 센싱부(600)를 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(400)와 디스플레이(500)는 하나의 장치로 구성될 수 있다. 컴퓨팅 장치(400)는 적어도 하나의 프로세서(410)와 적어도 하나의 메모리(420)를 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(400)는 랩톱 컴퓨터, 컨버터블 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터, 워크 스테이션, 개인 휴대 정보 단말기, 서버, 블레이드 서버, 메인 프레임 및 다른 적절한 컴퓨터와 같은 다양한 형태의 디지털 컴퓨터를 나타내기 위한 것이다. 컴퓨팅 장치(400)는 개인 휴대 정보 단말기, 셀룰러 전화기, 스마트 폰 및 다른 유사한 컴퓨팅 디바이스와 같은 다양한 형태의 모바일 디바이스를 나타내기 위한 것이다. 여기에 도시된 컴포넌트들, 그들의 연결 및 관계, 및 그들의 기능은 단지 예시적인 것을 의미하며, 본 명세서에 기술된 및/또는 청구된 발명의 구현을 제한하는 것을 의미하지는 않는다. 또한, 컴퓨팅 장치(400)는 저장 디바이스, 메모리 및 고속 확장 포트에 연결되는 고속 인터페이스 및 저속 버스 및 저장 디바이스에 연결되는 저속 인터페이스를 포함할 수 있다. 컴포넌트들 각각은 다양한 버스들을 사용하여 상호 연결되고, 공통 마더 보드 상에 또는 적절한 다른 방식으로 장착될 수 있다. 프로세서(410)는 메모리(420) 또는 저장 디바이스에 저장된 명령어들을 포함하는, 컴퓨팅 장치(400) 내에서 실행하기 위한 명령어들을 프로세싱하여, 고속 인터페이스에 연결된 디스플레이와 같은 외부 입/출력 디바이스상에 GUI에 대한 그래픽 정보를 디스플레이 할 수 있다. 다른 구현예에서, 다수의 프로세서들 및/또는 다수의 버스들이 다수의 메모리들 및 다수의 유형의 메모리와 함께, 적절하게 사용될 수 있다. 또한, 다수의 컴퓨팅 장치(400)는 각 디바이스가 필요한 동작의 일부를 제공하면서 다수의 컴퓨팅 장치(400)가 연결될 수 있다(예를 들어, 서버 뱅크, 블레이드 서버 그룹 또는 멀티 프로세서 시스템과 같은).Referring to FIGS. 24 and 25 , a noise and
센싱부(600)는 구조물을 포함하는 장치에 설치될 수 있다. 센싱부(600)는 장치의 복수의 영역에 부착될 수 있다. 컴퓨팅 장치(400)는 센싱부(600)의 센싱 정보에 기초하여 센싱부(600)가 부착된 복수의 영역들 사이에어? 진동 및 소음의 전달 경로를 분석할 수 있다. 그리고, 컴퓨팅 장치(400)는 분석 결과에 기초하여 진동 및 소음의 전달 경로를 디스플레이(500)를 통해 표시할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(400)는 분석 결과에 기초하여 구조물의 영역 중 나선형 음향블랙홀 모듈(10)의 설치 위치를 표시할 수 있다.The
다양한 실시예에서, 컴퓨팅 장치(400)는 나선형 음향블랙홀 모듈(10)이 설치된 구조물에 구비된 센싱부의 센싱 정보에 기초하여 구조물의 진동 및 소음 정도를 분석하고 분석 결과에 기초하여 비틀림 조정 장치(300)를 구동할 수 있고, 그에 따라 나선형 음향블랙홀 빔(200)의 비틀림 정도를 조정할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(400)는 구조물이 동작 중인 상태가 아닌 경우(진동 및 소음의 발생 상태가 아닌 경우) 비틀림 조정 장치(300)의 제2 기어(320)의 회전 위치를 원점 위치로 조정하여 나선형 음향블랙홀 빔(200)의 비틀림을 해제할 수 있다.In various embodiments, the computing device 400 analyzes the degree of vibration and noise of the structure based on the sensing information of the sensing unit provided in the structure in which the spiral acoustic
도 26은 본 발명의 실시예가 적용된 구조물의 진동의 저감효과를 그래프로 나타낸 것이다.26 is a graph showing the vibration reduction effect of a structure to which an embodiment of the present invention is applied.
도 26을 참조하면, 실시예에 따른 나선형 음향블랙홀 모듈(10)이 장착된 경우(붉은색 그래프)와 그렇지 않은 경우(검은색 그래프)를 비교하면 몇몇 위치에서의 주파수응답함수의 결과를 통해 진동 저감효과가 나타남을 알 수 있다.Referring to FIG. 26, comparing the case where the spiral acoustic
이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위하여 하나 이상의 소프트웨어 모듈로 변경될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Embodiments according to the present invention described above may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer components and recorded on a computer-readable recording medium. The computer readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program instructions recorded on the computer-readable recording medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and usable to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, and magneto-optical media such as floptical disks. medium), and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like as well as machine language codes generated by a compiler. A hardware device may be modified with one or more software modules to perform processing according to the present invention and vice versa.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.Specific implementations described in the present invention are examples and do not limit the scope of the present invention in any way. For brevity of the specification, description of conventional electronic components, control systems, software, and other functional aspects of the systems may be omitted. In addition, the connection of lines or connecting members between the components shown in the drawings are examples of functional connections and / or physical or circuit connections, which can be replaced in actual devices or additional various functional connections, physical connection, or circuit connections. In addition, if there is no specific reference such as “essential” or “important”, it may not be a component necessarily required for the application of the present invention.
또한 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.In addition, the detailed description of the present invention described has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, but those skilled in the art or those having ordinary knowledge in the art will find the spirit of the present invention described in the claims to be described later. And it will be understood that the present invention can be variously modified and changed without departing from the technical scope. Therefore, the technical scope of the present invention is not limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.
Claims (8)
상기 빔 결합모듈에 결합되는 복수의 나선형 음향블랙홀 빔;을 포함하고,
상기 복수의 나선형 음향블랙홀 빔은 상기 빔 결합모듈을 중심으로 방사형으로 위치하고,
상기 복수의 나선형 음향블랙홀 빔은 길이 방향의 축을 기준으로 적어도 일부 영역이 비틀린 형태를 가지는
나선형 음향블랙홀 모듈.Beam coupling module mounted on the structure to reduce vibration and noise;
A plurality of spiral acoustic black hole beams coupled to the beam combining module;
The plurality of spiral acoustic black hole beams are radially positioned around the beam combining module,
The plurality of spiral acoustic black hole beams have a shape in which at least some regions are twisted with respect to an axis in the longitudinal direction.
Spiral acoustic black hole module.
상기 복수의 나선형 음향블랙홀 빔 각각은 상기 빔 결합모듈에서 멀어지는 방향으로 갈수로 두께가 점진적으로 줄어드는
나선형 음향블랙홀 모듈.According to claim 1,
Each of the plurality of spiral acoustic black hole beams has a thickness that gradually decreases in a direction away from the beam combining module.
Spiral acoustic black hole module.
상기 빔 결합모듈은 중심 영역에 상기 나선형 음향블랙홀 빔과 수직한 방향의 구조물 삽입홀이 형성되는
나선형 음향블랙홀 모듈.According to claim 2,
The beam combining module has a structure insertion hole formed in a direction perpendicular to the spiral acoustic black hole beam in the central region.
Spiral acoustic black hole module.
상기 복수의 나선형 음향블랙홀 빔 각각은 빔 영역 및 상기 빔 결합모듈에 체결되는 체결 영역으로 구분되고,
상기 빔 영역은 일측 평탄 영역과 타측 평탄 영역 그리고 상기 일측 평탄 영역과 상기 타측 평탄 영역 사이의 비틀림 영역으로 구성된
나선형 음향블랙홀 모듈.According to claim 3,
Each of the plurality of spiral acoustic black hole beams is divided into a beam area and a fastening area fastened to the beam combining module,
The beam area is composed of a flat area on one side, a flat area on the other side, and a torsion area between the flat area on one side and the other flat area.
Spiral acoustic black hole module.
상기 빔 결합모듈은 상부면에서 측면까지 이어지는 복수의 빔 체결홈이 형성되고,
상기 체결 영역은 결합되는 상기 복수의 빔 체결홈에 결합되는
나선형 음향블랙홀 모듈.According to claim 4,
The beam coupling module is formed with a plurality of beam fastening grooves extending from the top surface to the side surface,
The fastening area is coupled to the plurality of beam fastening grooves to be coupled
Spiral acoustic black hole module.
상기 빔 결합모듈은 상기 나선형 음향블랙홀 빔의 비틀림의 정도를 조정하는 비틀림 조정 장치를 포함하는
나선형 음향블랙홀 모듈.According to claim 3,
The beam combining module includes a torsion adjusting device for adjusting the degree of torsion of the spiral acoustic black hole beam.
Spiral acoustic black hole module.
상기 구조물을 포함하는 장치의 복수의 관심 영역에 부착되어 상기 진동 및 소음 정보를 센싱하는 센싱부;
상기 센싱부의 센싱 정보에 기초하여 상기 진동 및 소음의 전달 경로를 분석하는 컴퓨팅 장치;를 포함하고,
상기 컴퓨팅 장치의 분석 결과에 기초하여 상기 구조물의 영역 중 상기 나선형 음향블랙홀 모듈의 설치 위치를 표시하는
나선형 음향 블랙홀 모듈을 이용한 소음 및 진동 저감 시스템.It includes a beam combining module mounted on a structure to reduce vibration and noise, and a plurality of spiral acoustic black hole beams coupled to the beam combining module, wherein the plurality of spiral acoustic black hole beams are radially positioned around the beam combining module. , A spiral acoustic black hole module in which the plurality of spiral acoustic black hole beams have a shape in which at least some regions are twisted with respect to an axis in a longitudinal direction; and
a sensing unit attached to a plurality of regions of interest of a device including the structure and sensing the vibration and noise information;
A computing device that analyzes a transmission path of the vibration and noise based on the sensing information of the sensing unit; includes,
Displaying the installation position of the spiral acoustic black hole module in the area of the structure based on the analysis result of the computing device
Noise and vibration reduction system using spiral acoustic black hole module.
상기 빔 결합모듈은 상기 나선형 음향블랙홀 빔의 비틀림의 정도를 조정하는 비틀림 조정 장치를 포함하고, 상기 컴퓨팅 장치는 나선형 음향블랙홀 모듈이 부착된 구조물의 진동 및 소음 정보에 기초하여 상기 구조물에 부착된 나선형 음향블랙홀 모듈의 나선형 음향블랙홀 빔의 비틀림 정도를 상기 비틀림 조정 장치를 통해 조정하는
나선형 음향 블랙홀 모듈을 이용한 소음 및 진동 저감 시스템.According to claim 7,
The beam combining module includes a torsion adjusting device for adjusting the degree of twist of the spiral acoustic black hole beam, and the computing device includes a spiral attached to the structure based on vibration and noise information of the structure to which the spiral acoustic black hole module is attached. Adjusting the twist degree of the spiral acoustic black hole beam of the acoustic black hole module through the torsion adjusting device
Noise and vibration reduction system using spiral acoustic black hole module.
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