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함정의 기계류진동에 의한 수중방사소음해석을 위한 파워흐름해석법의 확장연구
파워흐름해석법은 시공간 평균된 에너지밀도와 인텐시티를 이용하기 때문에 변위 및 압력기반의 전통적인 해석법과는 달리 중·고주파수대역의 진동·소음해 석에 적합한 해석방법이다. 파워흐름해석법의 지배방정식은 에너지전달관계식, 파워평형관계식, 파워분산관계식으로부터 유도되며 열전도 방정식과 유사한 2차편미분방정식 형태를 가지기 때문에 유한요소법과 경계요소법과 같은 수치 해석기법을 쉽게 적용할 수 있다. 파워흐름유한요소법은 파워흐름지배방정식 의 해를 유한요소법을 이용하여 구한 것으로 복합구조물의 진동해석에 효과적 이며, 파워흐름경계요소법은 파워흐름지배방정식의 해를 경계요소법을 이용하 여 구한 것으로 복합구조물의 소음해석에 효과적이다. 본 논문에서는 함정의 기계류진동에 의한 수중방사소음해석을 위한 파워흐 름해석법을 개발하였고 파워흐름해석법 기반의 수중방사소음해석 시스템을 구 현하였다. 일정한 유량에 접수된 평판의 파워흐름해석법을 개발하였고, 이로 부터 접수효과를 고려한 파워흐름해석법을 정립하고 파워흐름해석법 기반의 접수진동해석 시스템을 구축하였다. 또한 함정에 사용되는 마운트의 진동저감 효과를 고려하기 위해 고감쇠효과를 포함한 봉과 빔의 파워흐름해석법을 개발 하였고 마운트와 같이 길이에 비해 단면적이 큰 봉 구조물에서 발생하는 전단 변형효과를 고려하기 위해 Rayleigh-Love 봉과 Rayleigh-Bishop 봉에 대한 파워 흐름해석법을 개발하였으며, 개발한 파워흐름해석법을 이용하여 파워흐름해석 법 기반의 감쇠구조물해석 시스템을 구축하였다. 또한 본 논문에서 구축한 파워흐름해석법 기반의 기계류진동에 의한 수중방 사소음해석 시스템을 이용하여 함정의 수중방사소음해석을 수행하였다. 파워 흐름유한요소법을 이용하여 함정의 진동해석을 수행하였으며, 접수된 요소의 진동에너지를 음향인텐시티로 변환하고 이를 파워흐름경계요소법의 경계조건 으로 입력하여 함정의 수중방사소음해석을 수행하였다. 전달함수를 이용하여 함정의 수중방사소음 수준을 평가하였으며, 해석을 수행한 함정과 유사한 함 정의 전달함수 값과의 비교를 통해 파워흐름해석법 기반의 수중방사 소음해석 시스템의 신뢰성을 검증하였다. 함정의 전달함수 해석결과를 이용하여 탑재장 비의 수중방사소음 기여도분석을 수행하였고 탑재장비의 공장인수시험 기준을 설정하였다.
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파워흐름해석법(Power Flow Analysis)은 진동에너지 흐름 형태에 따른 에너지지배방정식을 이용하는 방법으로서, 진동에너지의 공간적인 분포와 전달 경로 등을 제시할 수 있는 방법이다. 이러한 파워흐름해석법은 중고주파수 대역의 진동을 해석하기 위하여 효과적으로 적용될 수 있다. 본 연구에서는 파워흐름해석법의 실험적 검증을 수행하기 위하여 보와 평판 구조물 진동에 대한 파워흐름해석법의 예측 결과를 실험 결과와 비교하여 분석하였다. 실험에서 보와 평판의 진동 특성을 파악하기 위하여 모드밀도, 모드 수, 손실계수와 가진 점에서의 입력 모빌리티를 측정하였다. 이러한 진동 특성파악을 위한 실험에서는 보에서는 가진지점 3지점과 진동 측정지점 6지점을 고려하였고, 평판에서는 가진지점 3지점과 진동 측정지점 34지점을 고려하였다. 실험으로 구한 손실계수는 파워흐름해석법의 보와 평판 진동 해석의 입력 데이터로 사용되었다. 보와 평판 진동의 주파수응답함수들을 측정함으로써, 주파수 응답함수에 대한 실험값과 파워흐름해석법에 의한 예측 결과들을 비교 분석하였다. 이러한 비교 분석 결과로부터 파워흐름해석법이 중고주파수 영역에서 구조물의 진동을 효과적으로 예측하기 위하여 적용될 수 있음을 보였다. The power flow analysis(PFA) is based on the vibration energy equation governing the phenomenon of energy flow on structures. PFA can be effectively used to predict the structural vibration in medium-to-high frequency ranges. In this paper, vibration experiments have been performed to observe the analytical characteristics of the power flow analysis of the vibration of simple structures. The experimental simple structures include a beam and a plate. In order to investigate the vibration characteristics of each experimental model, modal density, mode number, loss factor and input mobility at a source point have been measured. The data for the loss factor has been used as the input data to predict the vibration of each experimental model with PFA. The frequency response functions have been measured over the surface of each experimental model. The comparison between the experimental results and the predicted results for the frequency response functions showed that PFA can be an effective tool to predict structural vibrations in medium-to-high frequency ranges.
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The purpose of this thesis is to perform the experimental study on the power flow analysis of the vibration of coupled plates. In the experimental work, the characteristics of vibration of the coupled plates have been measured, which include input mobilities, loss factors, coupling loss factors and frequency response functions. The experimental models includes a symmetric plate coupled with 90˚angle, a unsymmetric plate coupled with 90˚angle and a unsymmetric plate coupled with 30˚angle. Each coupled plate was divided into 2 subsystems considering the patterns of vibration on the corresponding coupled plate. The input mobility, loss factor and coupling loss factor of each subsystem of the corresponding coupled plate have been measured. Each subsystem of the corresponding coupled plate has been excited and the frequency response functions have been measured on the coupled plate. In the analytical work, the power flow analysis has been implemented to predict the frequency response functions of the coupled plates. The predicted results have been compared with the experimental results for the frequency response functions of the coupled plates. The comparison showed that the power flow analysis can be effectively used to predict the vibration of the coupled plates. is required to understand the vibration characteristics of the coupled plates. The vibration characteristics of the coupled structures include loss factor of each subsystem, coupling loss factors ,power transfer coefficient, power reflection coefficient, mode number, modal density and In this study three different case of the coupled plates have been measured. The first case, the coupled plates of symmetry. The second case, the coupled plates of dissymmetry. The third case, the coupled plates of 150 degree of dissymmetry. The coupled plates have been also measured. The coupled plates have been divided into 2 subsystems, respectively considering the vibration patterns. Considering the coupled plates exited by an out-of-plane point force, the in-plane vibration as well as the out-of-plane vibration are generally generated in the coupled plates In this study the in-plane vibration is disregarded assuming it is very small relative to the out-of-plane vibration. The decay method, power injection method and half power method have been implemented to measure the loss factor. The results obtained with corresponding methods have been compared with each other. Considering the been measured. With the data of the coupled loss factors, the power transmission coefficient and the power reflection coefficient of the coupled plate have been determined. The experimental results of modal density and input mobility of the coupled plates have been compared with the theoretical results for the infinite plates. By analyzing three different case of the coupled plates, those have been know different of coupling loss factors, loss factors and FRF in unlikely coupled case.
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