함정의 기계류진동에 의한 수중방사소음해석을 위한 파워흐름해석법의 확장연구

국문 초록 (Abstract)

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.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1. 연구배경 및 내용 1
• 1.2. 논문구성 8
• 2. 파워흐름해석법의 개요 10
• 2.1. 파워흐름해석법 10
• 2.1.1. 파워흐름해석법의 연구사 10
• 2.1.2. 봉의 파워흐름해석법 15
• 2.1.3. 보의 파워흐름해석법 19
• 2.1.4. 평판의 파워흐름해석법 23
• 2.1.5. 파워흐름해석법의 해석 예 28
• 2.2. 파워흐름유한요소법 49
• 2.2.1. 1차원 구조부재에 대한 파워흐름유한요소 정식화 49
• 2.2.2. 2차원 구조부재에 대한 파워흐름유한요소 정식화 53
• 2.3. 파워흐름경계요소법 56
• 2.3.1. 3차원 방사소음에 대한 음향파워흐름해석법 56
• 2.3.2. 3차원 음향공간에 대한 파워흐름경계요소 정식화 60
• 3. 접수효과를 고려한 파워흐름해석법 62
• 3.1. Mean flow와 맞닿아 있는 평판의 파워흐름해석법 62
• 3.1.1. Mean flow와 맞닿아 있는 평판의 운동지배방정식 62
• 3.1.2. Mean flow와 맞닿아 있는 평판의 파워흐름지배방정식 70
• 3.1.3. Mean flow와 맞닿아 있는 연성평판의 파워투과반사계수 79
• 3.1.4. Mean flow와 맞닿아 있는 평판의 파워흐름해석 85
• 3.1.5. Mean flow와 맞닿아 있는 평판의 엄밀해 92
• 3.1.6. Mean flow와 맞닿아 있는 평판의 파워흐름해석 예 101
• 3.2. 접수효과를 고려한 파워흐름진동해석 시스템구축 123
• 3.2.1. 접수효과를 고려한 파워흐름지배방정식 123
• 3.2.2. 접수효과를 고려한 파워흐름해석 예 124
• 3.2.3. 파워흐름해석법 기반의 접수진동해석 시스템구축 125
• 4. 마운트의 진동저감효과를 고려하기 위한 파워흐름해석법 130
• 4.1. 감쇠계수가 큰 봉 및 보의 파워흐름해석법 130
• 4.1.1. 감쇠계수가 큰 봉의 파워흐름지배방정식 130
• 4.1.2. 감쇠계수가 큰 보의 파워흐름지배방정식 134
• 4.1.3. 감쇠계수가 큰 봉과 보의 파워흐름해석 139
• 4.1.4. 감쇠계수가 큰 봉과 보의 엄밀해 146
• 4.1.5. 감쇠계수가 큰 봉과 보의 파워흐름해석 예 151
• 4.2. 전단변형효과를 고려한 Rayleigh-Love 봉 및 Rayleigh-Bishop 봉의 파워흐름해석법 176
• 4.2.1. Rayleigh-Love 봉 및 Rayleigh-Bishop 봉의 운동지배방정식 176
• 4.2.2. Rayleigh-Love 봉 및 Rayleigh-Bishop 봉의 파워흐름지배방정식 182
• 4.2.3. Rayleigh-Love 봉 및 Rayleigh-Bishop 봉의 파워흐름해석 190
• 4.2.4. Rayleigh-Love 봉 및 Rayleigh-Bishop 봉의 엄밀해 192
• 4.2.5. Rayleigh-Love 봉 및 Rayleigh-Bishop 봉의 파워흐름해석 예 194
• 5. 파워흐름해석법을 이용한 기계류진동에 의한 함정의 수중방사소음해석 226
• 5.1. 수중방사소음의 특성 226
• 5.1.1. 수중방사소음 소음원 226
• 5.1.2. 수중방사소음 전달손실 229
• 5.1.3. 수중방사소음 분석법 234
• 5.1.4. 수중방사소음 계측법 236
• 5.2. 파워흐름해석법을 이용한 함정의 수중방사소음해석 245
• 5.2.1. 파워흐름유한요소법을 이용한 함정의 진동해석 246
• 5.2.2. 파워흐름경계요소법 이용한 함정의 수중방사소음해석 249
• 5.3. 탑재장비의 수중방사소음 기여도분석 및 공장인수시험 기준설정 276
• 5.3.1. 함정의 수중방사소음 기준치와 소나방정식 276
• 5.3.2. 탑재장비의 수중방사소음 기여도분석 286
• 5.3.3. 수중방사소음 기준치의 기여도할당을 통한 탑재장비의 공장인수시험 기준설정 289
• 6. 결론 및 향후 추천연구 301
• 6.1. 결론 301
• 6.2. 향후 추천연구 307
• 참고 문헌 309