선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 고유의 독자적인 복합구조 수중음향센서 해석 전용 프로그램 개발을 위하여, 압전 수중음향센서의 음향특성을 유한요소법을 시•용하여 해식하는 과정을 연구하였다. 구체적으로 기본적인 압전-탄성 구조물과 유체-구조물의 연성해석을 위한 유한요소 정식화를 하였으며 무한영역의 음향유체를 처리하기 위하여 IWEE (Infinite Wave Envelop Element)를 도입하였다.
- 본 논문에서는 고유의 독자적인 복합구조 수중음향센서 해석 전용 프로그램 개발을 위하여, 압전 수중음향센서의 음향특성을 유한요소법을 시•용하여 해식하는 과정을 연구하였다. 구체적으로 기본적인 압전-탄성 구조물과 유체-구조물의 연성해석을 위한 유한요소 정식화를 하였으며 무한영역의 음향유체를 처리하기 위하여 IWEE (Infinite Wave Envelop Element)를 도입하였다.
- 유한요소 정식과 IWEE를 사용할 때의 정식은 동일하고 단지, 유한요소의 형상함수와 가중함수가 조금 다르다는 것 뿐이다. 자세한 유도과정은 참고문헌 卩8]에 잘 나와 있으므로 본 논문에서는 생략하고 이를 사용하여 Tonpliz 변환기의 음향특성을 해석하기 위한 산란해석에 초점을 두고자 한다.
제안 방법
- 2915m 만큼의 거리로 이차 IWEE 를 사용하여 무한영역을 나타내었다. Tonpilz형 변환기가 축대칭 이므로 반단면을 취하여 2차원으로 모델링하였고 유체영역은 원형의 1/4만을 모델링하여 Tonpilz형 변환기와 결합하였다. 전술한 유한요소 정식화에 따라 산란 음압을 구할 수 있는 유체 및 고체 유한요소와 IWEE를 지원하는 유한요소 프로그램을 FORTRAN으로 작성하였다.
- Tonpilz형 변환기는 원형의 압전재료를 Head Mass와 Tail Mass 사이에 놓고 압죽력을가한 것으로 Head Mass 전방에는 음향창이 붙어 있고 음향창은 유체와 접촉하고 있다 Tonpilz형 변환기는 축 대칭형으로 여러 개의 요소가 배열되어 Hydrophone을 이루며 각 요소는 Onion Skin과 Corprene으로 쌓여 있어서 서로간의 접촉을 막아 주고 있다. Tonpilz형 변환기가 축대칭형이므로 반단면을 취하여 2차원으로 모델링하였다. 그림 3은 Tonpilz형 변환기의 2차원 모델을 나타낸다.
- 2915m 만큼의 거리로 이차 IWEE 를 사용하여 무한영역을 나타내었다. Tonpilz형 변환기가 축대칭 이므로 반단면을 취하여 2차원으로 모델링하였고 유체영역은 원형의 1/4만을 모델링하여 Tonpilz형 변환기와 결합하였다. 전술한 유한요소 정식화에 따라 산란 음압을 구할 수 있는 유체 및 고체 유한요소와 IWEE를 지원하는 유한요소 프로그램을 FORTRAN으로 작성하였다.
- Tonpilz형 변환기는 원형의 압전재료를 Head Mass와 Tail Mass 사이에 놓고 압죽력을가한 것으로 Head Mass 전방에는 음향창이 붙어 있고 음향창은 유체와 접촉하고 있다 Tonpilz형 변환기는 축 대칭형으로 여러 개의 요소가 배열되어 Hydrophone을 이루며 각 요소는 Onion Skin과 Corprene으로 쌓여 있어서 서로간의 접촉을 막아 주고 있다. Tonpilz형 변환기가 축대칭형이므로 반단면을 취하여 2차원으로 모델링하였다. 그림 3은 Tonpilz형 변환기의 2차원 모델을 나타낸다.
- Tonpilz형 변환기를 무한 유체영역 속에 놓여 있는 수중 산란체라 보고 무한 유체영역에서의 산란장을 해석하고자 그림 4와 같이 2차원 해석 모델을 설정하였다. ANSYS 유한요소 프로그램의 전처리 과정을 통하여 711개의 절 점과 8절점의 이차요소 200개 그리고 차수가 5인 이차 IWEE를 10개 생성하였다.
- Tonpilz형 변환기를 무한 유체영역 속에 놓여 있는 수중 산란체라 보고 무한 유체영역에서의 산란장을 해석하고자 그림 4와 같이 2차원 해석 모델을 설정하였다. ANSYS 유한요소 프로그램의 전처리 과정을 통하여 711개의 절 점과 8절점의 이차요소 200개 그리고 차수가 5인 이차 IWEE를 10개 생성하였다.
- Tonpilz형 변환기를 무한 유체영역속에 놓여 있는 수중 산란체라 보고 무한 유체영역에서의 산란장을 해석하고자 그림 12와 같이 3차원 해석 모델을 설정하였다. 2차원 모델은 축대칭요소를 사용함으로서 간단하게 모델링할 수 있는 반면어］, 비대칭의 가진입력이 들어왔을 때 처리가 어렵다.
- 본 논문에서는 고유의 독자적인 복합구조 수중음향센서 해석 전용 프로그램 개발을 위하여, 압전 수중음향센서의 음향특성을 유한요소법을 시•용하여 해식하는 과정을 연구하였다. 구체적으로 기본적인 압전-탄성 구조물과 유체-구조물의 연성해석을 위한 유한요소 정식화를 하였으며 무한영역의 음향유체를 처리하기 위하여 IWEE (Infinite Wave Envelop Element)를 도입하였다. 수중음향센서에 입사파가 들어올 때 센서로부터 발생되는 산란파의 해석을 위하여, 유체영역을 무한영역과 유한영역으로 나누고 두 영역의 경계면에서 비반사 조건을 만족시키기 위하여 IWEE를 人！용하므로 산란파의 음압을 정확히 구한다.
- 무한요소 중에서도 특히 파동의 성질을 추가한 IWEE는 일반적인 무한요소보다 파동의 성질이 추가됨으로 인하여 비교적 높은 주파수까지 방사나 산란해석에 결과를 보인다[15, 16]. 본 연구에서는 IWEE를 사용하여 무한영역을 모델링하고 방사해석 및 산란해석을 수행하였다.
- 수중음향센서에 입사파가 들어올 때 센서로부터 발생되는 산란파의 해석을 위하여, 유체영역을 무한영역과 유한영역으로 나누고 두 영역의 경계면에서 비반사 조건을 만족시키기 위하여 IWEE를 사용하므로 산란파의 음압을 정확히 구한다.
- 유한요소법을 이용하여 압전 수중음향센서의 모델링 및 음향특성을 해석하였다. 압전 수중음향센서의 해석에서 기본적인 압전-탄성 구조물과 유체-구조물의 연성해석을 위한 유한요소 정식화를 하였으며 무한영역의 음향유체를 처리하기 위하여 IWEE를 도입하였다. 예제로서 가장 기본적인 형태의 음향센서인 Tonpilz형 변환기를 택하여 2차원 및 3차원 모델링을 하였으며, 입사파가 센서에 입사될 때 산란파의 음압 분포 및 RVS를 구하였다.
- 유한요소법을 이용하여 압전 수중음향센서의 모델링 및 음향특성을 해석하였다. 압전 수중음향센서의 해석에서 기본적인 압전-탄성 구조물과 유체-구조물의 연성해석을 위한 유한요소 정식화를 하였으며 무한영역의 음향유체를 처리하기 위하여 IWEE를 도입하였다. 예제로서 가장 기본적인 형태의 음향센서인 Tonpilz형 변환기를 택하여 2차원 및 3차원 모델링을 하였으며, 입사파가 센서에 입사될 때 산란파의 음압 분포 및 RVS를 구하였다.
- 압전 수중음향센서의 해석에서 기본적인 압전-탄성 구조물과 유체-구조물의 연성해석을 위한 유한요소 정식화를 하였으며 무한영역의 음향유체를 처리하기 위하여 IWEE를 도입하였다. 예제로서 가장 기본적인 형태의 음향센서인 Tonpilz형 변환기를 택하여 2차원 및 3차원 모델링을 하였으며, 입사파가 센서에 입사될 때 산란파의 음압 분포 및 RVS를 구하였다. 그 결과 산란 음압이 Tonpilz형 변환기의 공진 주파수에서 아주 높은 값을 가지고 그 외의 주파수에서는 거의 영에 가까운 응답을 보였다.
- 본 논문에서는 고유의 독자적인 복합구조 수중음향센서 해석 전용 프로그램 개발을 위하여, 압전 수중음향센서의 음향특성을 유한요소법을 시•용하여 해식하는 과정을 연구하였다. 구체적으로 기본적인 압전-탄성 구조물과 유체-구조물의 연성해석을 위한 유한요소 정식화를 하였으며 무한영역의 음향유체를 처리하기 위하여 IWEE (Infinite Wave Envelop Element)를 도입하였다.
- 유체영역으로부터 입사각이 0인 100Pa의 평면파가 입사하여 산란체를 가진할 때 가진 주파수 변화에 따른 유체영역에서의 산란장의 음압을 구해서 유한요소법의 후처리 과정을 통하여 나타내었다.
- 유한요소법을 이용하여 압전 수중음향센서의 모델링 및 음향특성을 해석하였다. 압전 수중음향센서의 해석에서 기본적인 압전-탄성 구조물과 유체-구조물의 연성해석을 위한 유한요소 정식화를 하였으며 무한영역의 음향유체를 처리하기 위하여 IWEE를 도입하였다.
- 유한요소법을 이용하여 압전 수중음향센서의 모델링 및 음향특성을 해석하였다. 압전 수중음향센서의 해석에서 기본적인 압전-탄성 구조물과 유체-구조물의 연성해석을 위한 유한요소 정식화를 하였으며 무한영역의 음향유체를 처리하기 위하여 IWEE를 도입하였다.
- 수중음향센서에 입사파가 들어올 때 센서로부터 발생되는 산란파의 해석을 위하여, 유체영역을 무한영역과 유한영역으로 나누고 두 영역의 경계면에서 비반사 조건을 만족시키기 위하여 IWEE를 人！용하므로 산란파의 음압을 정확히 구한다. 이러한 유한 요소법을 이용한 산란해석을 바탕으로 Tonpilz형 음향센서의 입사파에 대한 전기적 응답특성인 RVS (Receiving Voltage Signal)를 구한다.
- RVS를 정확히 구하려면, 센서 표면에 작용하는 전체 음압을 정확히 구해야 한다. 이를 위하여 본 연구에서는 IWEE를 통한 무한 유체영역을 모델링해서 입사파로 인한 탄성 산란체에 의하여 생성되는 산란파의 무한 영역에서 감소특성을 처리하게 되어 인위적인 경계에서 반사가 일어나지 않게 함으로서 유체와 접한 소나 변환 기의 음향창 표면에서의 전체 음압을 구하였다. 전체 음압이란 입사파와 산란파의 음압을 더한 것으로서 식 (6) 에서 산란 음압을 구하고 이에 입사 음압을 더함으로써 구하였다.
- RVS를 정확히 구하려면, 센서 표면에 작용하는 전체 음압을 정확히 구해야 한다. 이를 위하여 본 연구에서는 IWEE를 통한 무한 유체영역을 모델링해서 입사파로 인한 탄성 산란체에 의하여 생성되는 산란파의 무한 영역에서 감소특성을 처리하게 되어 인위적인 경계에서 반사가 일어나지 않게 함으로서 유체와 접한 소나 변환 기의 음향창 표면에서의 전체 음압을 구하였다. 전체 음압이란 입사파와 산란파의 음압을 더한 것으로서 식 (6) 에서 산란 음압을 구하고 이에 입사 음압을 더함으로써 구하였다.
- Tonpilz형 변환기가 축대칭 이므로 반단면을 취하여 2차원으로 모델링하였고 유체영역은 원형의 1/4만을 모델링하여 Tonpilz형 변환기와 결합하였다. 전술한 유한요소 정식화에 따라 산란 음압을 구할 수 있는 유체 및 고체 유한요소와 IWEE를 지원하는 유한요소 프로그램을 FORTRAN으로 작성하였다.
대상 데이터
- Tonpilz형 변환기를 무한 유체영역 속에 놓여 있는 수중 산란체라 보고 무한 유체영역에서의 산란장을 해석하고자 그림 4와 같이 2차원 해석 모델을 설정하였다. ANSYS 유한요소 프로그램의 전처리 과정을 통하여 711개의 절 점과 8절점의 이차요소 200개 그리고 차수가 5인 이차 IWEE를 10개 생성하였다. 반경 0.
- Tonpilz형 변환기를 무한 유체영역 속에 놓여 있는 수중 산란체라 보고 무한 유체영역에서의 산란장을 해석하고자 그림 4와 같이 2차원 해석 모델을 설정하였다. ANSYS 유한요소 프로그램의 전처리 과정을 통하여 711개의 절 점과 8절점의 이차요소 200개 그리고 차수가 5인 이차 IWEE를 10개 생성하였다. 반경 0.
- 가장 기본적인 형태의 음향센서인 Tonpilz형 변환기를 해석 모델로 선정하였다. Tonpilz형 변환기는 원형의 압전재료를 Head Mass와 Tail Mass 사이에 놓고 압죽력을가한 것으로 Head Mass 전방에는 음향창이 붙어 있고 음향창은 유체와 접촉하고 있다 Tonpilz형 변환기는 축 대칭형으로 여러 개의 요소가 배열되어 Hydrophone을 이루며 각 요소는 Onion Skin과 Corprene으로 쌓여 있어서 서로간의 접촉을 막아 주고 있다.
- 그림 3은 Tonpilz형 변환기의 2차원 모델을 나타낸다. 유한요소법의 전처리 과정을 통하여 433절점과 123개의 8절점 이차요소를 생성하였으며 총 9가지 재료를 사용하였다. 경계조건은 대칭형이므로 중심축과 Corprene 외벽에 대하여 y방향으로 고정시키고 Onion Skin Paper에서 축 방향으로 힘을 받아 주는 부분을 X 방향으로 고정시켰다.
데이터처리
- 앞에서 발견된 공진모드를 확인하기 위하여 상용 프로그램인 ANSYS를 사용하여 Tonpliz형 변환기의 모드해석을 수행하였다. 표 2는 그림 3에서 유체영역을 제외한 Tonpilz형 소나 변환기 부분을 해석모델로 모드해석을 통하여 구해진 공진 주파수들을 나타낸 것이다.
성능/효과
- 예제로서 가장 기본적인 형태의 음향센서인 Tonpilz형 변환기를 택하여 2차원 및 3차원 모델링을 하였으며, 입사파가 센서에 입사될 때 산란파의 음압 분포 및 RVS를 구하였다. 그 결과 산란 음압이 Tonpilz형 변환기의 공진 주파수에서 아주 높은 값을 가지고 그 외의 주파수에서는 거의 영에 가까운 응답을 보였다. 이것은 IWEE를 사용하여 인위적인 경계에서 인위적인 반사가 일어나지 않게 하였기 때문에 산란파의 음압의 분포를 정확하게 구할 수 있었다.
- 여기서 알 수 있는 것은 4번째 모드는 변환기의 길이방향으로 변형하는 모드로서 수직 입사에 대하여 가장큰 음압을 방사할 수 있는 모드임을 알 수 있고, 10번째 모드는 압전재료 부분에서는 굽힘이 일어나고 음향창 부분에서는 그 다음으로 방사를 많이 일으키는 모드임을 알 수 있다. 다시 말해서, 앞서 구한 입사파에 대한 Tonpilz형 소나 변환기 내부의 전기적 응답 특성인 RVS 값으로부터 추정되는 공진 주파수 64.6kHz, 123.8kHz는 모드해석으로부터 구해진 공진 주파수 62.101kHz, 123.79kHz와 거의 일치함을 확인하였다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.