아치형 구조 내 주기적 재료 배열을 통한 음향 밴드갭 진동 마운트 설계

Abstract

기계장치의 진동을 흡수하기 위해 주로 사용되는 선형 진동 마운트는 설계하기 용이하다는 장점을 가지고 있지만, 충격에 약하고 정적 하중 지지 능력이 떨어지는 한계점이 있기 때문에 비선형 진동 마운트에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다. 비선형 설계는 선형 진동 마운트의 여러 한계점을 극복할 수 있지만 본질적으로 표적 주파수를 완전히 제거하기 어렵다. 음향 밴드갭을 이용하면 특정 주파수의 진동의 전파를 획기적으로 막을 수 있지만 현재까지 진행된 연구는 직선형 격자 구조를 활용하고 있다. 따라서 본 학위논문에서는 반원형의 아치 구조 내에서 주기적인 물질의 배열을 통해 비선형 구조의 효과와 음향 밴드갭 효과를 동시에 가질 수 있는 진동 마운트에 대한 설계를 제안하였다. 해당 설계에 대한 확인 및 구현 가능성 여부와 설계 최적화를 수치해석 및 주파수 응답 실험을 통해 진행하였다. 그 결과, 아치형 구조가 비선형 강성으로 인해 선형 구조 대비 낮은 고유진동수를 가졌으며, 아치형 구조 내 주기적으로 두 재료를 배열했을 때 음향 밴드갭이 존재함을 확인하였다. 이 결과를 바탕으로 형상 설계 및 재료 물성 조절을 통해 원하는 주파수에 대한 설계 최적화가 가능함을 확인하였다.