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극대화된 밴드갭을 갖는 켈빈 격자 구조의 아이소-지오메트릭 최적 설계
최명진,오명훈,조선호,구본용,Choi, Myung-Jin,Oh, Myung-Hoon,Cho, Seonho,Koo, Bonyong 한국전산구조공학회 2019 한국전산구조공학회논문집 Vol.32 No.4
밴드갭은 기계적 파동의 전파가 금지되는 특정 주파수 범위를 의미한다. 본 연구는 경사도 기반의 설계 최적화 방법을 사용하여 낮은 가청 주파수 범위에서 밴드갭을 갖는 3차원 켈빈 격자를 설계하는 것을 목적으로 하고 있다. 블로흐 이론을 이용하여 무한주기 격자에서의 탄성파 전파를 해석하고, 기하학적으로 엄밀한 빔 이론에서 선형화를 통해 얻은 전단 변형 가능한 빔 모델을 사용하여 격자 구조 연결선을 모델링하였다. 주어진 격자 구성에서 중립 축 및 단면 두께를 B-spline 함수를 이용한 아이소-지오메트릭 매개화를 통해 설계 변수로 정의하고, 격자 구조의 밴드갭의 크기를 극대화하는 최적 설계를 수행하였다. A band gap refers to a certain frequency range where the propagation of mechanical waves is prohibited. This work focuses on engineering three-dimensional Kelvin lattices having external band gaps at low audible frequency ranges using a gradient-based design optimization method. Elastic wave propagation in an infinite periodic lattice is investigated by employing the Bloch theorem. We model the ligaments using a shear-deformable beam model obtained by consistent linearization in a geometrically exact beam theory. For a given lattice topology, we enlarge band gap sizes by controlling the configuration of the beam neutral axis and cross-section thickness that are smoothly parameterized by B-spline basis functions within the isogeometric analysis framework.
평판 감육 측정 성능향상을 위한 IDT 기반 SLDV의 모드 선정 방안
장홍래(Hong-Lae Jang),강토(To Kang),구본용(Bonyong Koo),윤민호(Minho Yoon) 한국비파괴검사학회 2022 한국비파괴검사학회지 Vol.42 No.1
레이저 진동계를 이용하는 정상파응답영상화(Steady-state ultrasonic imaging technique) 기법을 활용한 평판 구조물의 결함 영상화 기법은 측정된 진동 신호의 주파수(wavenumber) 응답에 따라 구조물의 두께를 정량적으로 파악할 수 있기에 최근 활발하게 이용되어 왔다. 하지만, 두꺼운 구조물의 경우 저차 모드인 A0 모드가 두께 변화에 대한 파수 민감도가 낮아 측정에 어려움이 있으며 이러한 어려움을 해결하기 위해 높은 파수 민감도(wavenumber sensitivity)를 가진 할 수 있는 IDT(Interdigital transducer) 기반 SLDV(Scanning Laser Doppler Vibrometer)를 사용하였다. 하지만 기존 방법에서도 파수 민감도를 유한차분으로 구했을 뿐만 아니라 측정 모드가 전체 주파수 및 파수 민감도의 응답곡선을 통해 정성적으로 결정되었다. 본 연구에서는 파수 민감도를 해석적으로 구하였으며 이것을 최저임계값을 포함한 제약조건으로, 그리고 측정모드 개수를 목적함수로 하여 최적설계 문제로 정식화 하여 최적의 측정 모드를 선정하였고, 이를 예제를 통해 검증하였다. Defect imaging of plate structures using a Scanning Laser Doppler Vibrometer (SLDV) is a widely used technique because the thickness of such structures can be quantitatively identified. However, for thick structures, the low-dimensional mode A0 performs poorly due to low wavenumber sensitivity with respect to change in thickness. Interdigital transducer (IDT)-based SLDVs with high wavenumber sensitivity have been adopted to resolve this problem. However, using this method, not only was the wavenumber sensitivity obtained as a finite difference, but the measurement mode was also determined empirically through the response curve of the total frequency and wavenumber sensitivity. In this study, wavenumber sensitivity was obtained analytically and was used as a constraint together with the lowest threshold value and the inspection mode. Using the number of inspection modes as the objective function, an optimal design problem was formulated, and the optimal inspection mode was selected. This was verified through numerical examples.