[논문]흡음 및 댐핑재 의한 주름강판의 차음성능 개선효과

김석현; 서태건; 김정태

흡음 및 댐핑재 의한 주름강판의 차음성능 개선효과
Improvement Effect of the Sound Insulation Performance of the Corrugated Steel Panel by Sound Absorbing and Damping Materials 원문보기

한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway, v.13 no.5 = no.60, 2010년, pp.476 - 480

김석현 (강원대학교 공과대학 기계메카트로닉스공학과) , 서태건 (강원대학교 공과대학 기계메카트로닉스공학과) , 김정태 (홍익대학교 공과대학 기계시스템디자인공학부)

초록
AI-Helper

철도차량의 바닥재에 널리 사용되는 주름 강판은 국부공진 효과에 의하여 특정 주파수 대역에서의 차음성능이 심각하게 저하된다. 그 대책으로, 본 연구에서는 우레탄 폼재를 주름내부에 충진시키거나 유리면층을 바닥재에 적층시킨 후, 차음성능의 향상효과를 실험적으로 평가한다. 주름강판 및 바닥 적층재를 대상으로 ASTM E2249-02에 근거하여 인텐시티 투과손실을 측정하고 평가한다. 본 연구의 목적은 폼 충진이나 유리면 적층이 중량 증가 측면에서 열차 차체의 차음성능을 어느 정도 향상시키는가를 규명하는 데에 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

In the corrugated steel panels used for railway vehicles, sound insulation performance is significantly deteriorated by local resonance effect. In this study, as a countermeasure, polyurethane foam is filled in the corrugated steel panel and glass wool layer is inserted in the layered floor panel, and then improvement effect of the sound insulation performance is experimentally estimated. Based on ASTM E2249-02, intensity transmission loss is measured and estimated on the corrugated panel and floor structure. The aim of the study is to identify how the foam filling and inserting glass wool layer improve the sound insulation performance of the train body structure in aspect of the weight increment.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

차음성능이 향상되는 메커니즘과 주파수 대역을 구체적으로 파악하여 현장에서 폼재의 효과적인 충진을 위한 유용한 정보를 제공하고자 한다. 나아가 유리면 층의 삽입이 열차 바닥재 전체의 차음성능을 어느 정도나 개선시킬 수 있는가도 함께 평가한다. 철도 차량의 고속화에 따라 주름 강판은 알미늄 압출재로 대체되는 추세이므로, 본 연구 결과는 향후 폼재나 유리면을 알미늄 압출재에 적용할 때에 차음 성능의 개선 효과를 가늠하는 데에도 도움이 될 것이다.
그러나 이를 주름 강판이나 알미늄 압출재에 효과적으로 설치한다면 예상보다 높은 차음 성능의 개선효과를 기대할 수가 있다. 본 연구에서는 우레탄 폼을 주름강판의 주름 내부에 압축 충진시키고 유리면을 바닥 적층재에 사용할 때의 차음 성능 향상효과를 실험적으로 평가한다. 이러한 흡음재가 현장에서 널리 사용되고 있음에도 불구하고, 차음 성능의 향상 효과를 정량적으로 평가하고 향상의 원인을 분석한 연구는 매우 부족하다.
이러한 흡음재가 현장에서 널리 사용되고 있음에도 불구하고, 차음 성능의 향상 효과를 정량적으로 평가하고 향상의 원인을 분석한 연구는 매우 부족하다. 본 연구에서는 주름강판에 폼재를 충진시켜 사용할 때, 중량 증가 대비 차음성능 향상 효과를 정량적으로 평가한다. 차음성능이 향상되는 메커니즘과 주파수 대역을 구체적으로 파악하여 현장에서 폼재의 효과적인 충진을 위한 유용한 정보를 제공하고자 한다.
본 연구에서는 주름강판에 폼재를 충진시켜 사용할 때, 중량 증가 대비 차음성능 향상 효과를 정량적으로 평가한다. 차음성능이 향상되는 메커니즘과 주파수 대역을 구체적으로 파악하여 현장에서 폼재의 효과적인 충진을 위한 유용한 정보를 제공하고자 한다. 나아가 유리면 층의 삽입이 열차 바닥재 전체의 차음성능을 어느 정도나 개선시킬 수 있는가도 함께 평가한다.

제안 방법

우레탄 폼은 압축 충진 조건에 따라 공극률이나 유동저항 등의 음향학적 특성치가 변하므로, 충진상태에서 그 특성을 규정하기가 어렵다. 따라서 본 연구에서는 경량화 측면에서 측정 가능한 면밀도만을 고려하였다.
이를 위하여 Fig. 1의 음원실과 수음실 사이의 개구부(840mm×840mm)에 주름 강판 시편(836mm × 836mm)을 설치하고, 음원실에서의 평균 음압과 수음실 측 시편상의 평균 인텐시티를 측정하여 다음의 과정을 거쳐 음투과 손실을 결정하였다

대상 데이터

Fig. 2는 1.2mm 두께, 높이 27mm, 스팬 50mm, 크기 836mm×836mm의 주름 강판과, 초기 밀도 22.6kg/m3의 우레탄 폼재를 테이핑하여 압축 충진시킨 총 4개의 시편을 보인다.
실험용 적층재 시편은 Fig. 8의 모델 3과 같은 한국형 틸팅열차의 바닥 구조를 기준으로 제작하였다. 바닥재는 바깥쪽의 주름강판 위에 공기층, 유리면, 합판 및 바닥 커버 등을 포함하는 적층 구조로 되어 있다.

이론/모형

차음성능 평가를 위하여 ASTM E2249-02에[6] 근거하여 인텐시티 투과손실(Intensity transmission loss)을 측정하였다.

성능/효과

그러나 1000Hz 이후에서는 폼 충진에 의한 투과손실의 향상 효과가 확실하게 관찰된다. 2000Hz를 전후해서 1면 충진시(6.2% 중량 증가) 약5dB, 양면 충진시(8.8% 중량 증가) 약 10dB의 투과손실 증가 효과를 보인다. 질량법칙에 따라, 중량(면밀도)을 10% 증가시켜도 겨우 1dB 미만의 투과손실이 증가하는 현실을 감안할 때, 8.
Table 2에 보이는 바와 같이, 비충진 강판의 면밀도는12.09kg/m²로 측정되었고, 폼재를 압축하여 일면 충진시켰을때 면밀도는 12.84kg/m²로 6.2% 증가하였고, 양면 충진의경우 면밀도는 13.15kg/m²로 8.8% 증가하였다.
이는주름강판의 차음성능 향상 효과가 전체 바닥재에서도 상당부분 반영되는 것을 의미하는 매우 고무적인 결과이다. Table 2의 중량 데이터에 근거하여 실험 결과를 종합하면, 40mm의 유리면을 적층하면 약 5.4%의 중량이 증가되나 투과손실은 5dB~10dB 정도 높아진다. 여기에 폼 충진으로 2.
전체 공진이 발생하는 100Hz~200Hz 대역을 포함하여저주파수 대역에서는 댐핑의 증가 효과가 거의 없으나, 2000Hz 부근의 국부적 공진 대역에서는 피크가 크게 감소하고 있다. 결론적으로, 주름 하나 하나에 압착된 폼이 국부 공진의 댐핑을 크게 증가시켜 투과손실의 하락 폭을 상당 부분 개선시키고 있다. 국부 공진대역은 시편의 크기와거의 무관하므로, 시편보다 훨씬 큰 실차의 바닥재에서도 이러한 효과를 그대로 기대할 수 있다.
실차의 경우, 바닥재가 시편에 비해 훨씬 크고, 강판과 합판은 스터드를 통해 일정 간격으로 연결되는 점이 실험 측정 조건과 다르다. 시편의 크기 차이는 주로 저주파수대역의 투과손실에 영향을 미치므로, 본 연구에서 확인된 고주파수 대역에서의 차음성능 개선효과는 충분히 기대할 수 있다. 다만, 강판과 합판 사이의 스터드 지지 조건이 적층재의 차음성능에 미치는 영향에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다.
철도 차량용 주름강판은 2000Hz를 전후하여 발생하는 국부 공진으로, 이 주파수 대역의 차음성능이 심각하게 저하되었다. 우레탄 폼재를 압축하여 주름내부에 충진시킨 결과국부공진 대역의 댐핑이 크게 증가되었고, 그 결과 차음성능이 크게 향상되었다. 한편, 적층 바닥재의 공기층에 유리면을 적층시키는 것은 넓은 주파수 대역에서 예상보다 높은투과손실 개선효과를 발생시켰다.
4(a)에 보이는 판재 전체 굽힘 모드(Global bending mode)의 공진 때문에 차음성능이 하락하는 것으로 밝혀졌다. 유한요소해석 결과 4단 지지된 주름강판의 1차 굽힘 모드 주파수는 132Hz로 계산되었으며 이후 고차의 전체 공진모드가 출현함을 확인하였다. 실차의 경우, 바닥 주름 강판은 본 시편보다 훨씬 크므로, 이러한 전체 공진 모드의 주파수는 크게 떨어져 관심 주파수대역보다 훨씬 아래로 내려간다.
8% 중량 증가) 약 10dB의 투과손실 증가 효과를 보인다. 질량법칙에 따라, 중량(면밀도)을 10% 증가시켜도 겨우 1dB 미만의 투과손실이 증가하는 현실을 감안할 때, 8.8%의 중량 증가로 10dB 이상 투과손실을 높이는 것은 매우 고무적인 결과다
4%의 중량을 증가시킬 때, 주파수대역에 따라 5dB~10dB 정도 투과손실을 향상시켰다. 폼 충진은 충진전 대비 2.5% 중량 증가에 3dB 정도의 투과손실개선효과를 보였으며, 주름강판의 차음성능 향상 효과는 전체 바닥재에서도 상당 부분 반영되었다. 흡음 및 댐핑재의 적용은 예상보다 훨씬 높은 수준의 차음성능 향상 효과를 가져 왔으며, 이 결과는 향후 알미늄 압출재의 차음 대책에도 적용 가능할 것으로 기대된다.

후속연구

시편의 크기 차이는 주로 저주파수대역의 투과손실에 영향을 미치므로, 본 연구에서 확인된 고주파수 대역에서의 차음성능 개선효과는 충분히 기대할 수 있다. 다만, 강판과 합판 사이의 스터드 지지 조건이 적층재의 차음성능에 미치는 영향에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다.
나아가 유리면 층의 삽입이 열차 바닥재 전체의 차음성능을 어느 정도나 개선시킬 수 있는가도 함께 평가한다. 철도 차량의 고속화에 따라 주름 강판은 알미늄 압출재로 대체되는 추세이므로, 본 연구 결과는 향후 폼재나 유리면을 알미늄 압출재에 적용할 때에 차음 성능의 개선 효과를 가늠하는 데에도 도움이 될 것이다.
국부 공진대역은 시편의 크기와거의 무관하므로, 시편보다 훨씬 큰 실차의 바닥재에서도 이러한 효과를 그대로 기대할 수 있다. 한편, 알미늄 압출재에서도 주름강판과 동일한 국부공진이 차음성능을 악화시키므로 이 연구결과는 향후 알미늄 압출재의 차음 대책을 수립할 때에도 참고할 필요가 있다.
5% 중량 증가에 3dB 정도의 투과손실개선효과를 보였으며, 주름강판의 차음성능 향상 효과는 전체 바닥재에서도 상당 부분 반영되었다. 흡음 및 댐핑재의 적용은 예상보다 훨씬 높은 수준의 차음성능 향상 효과를 가져 왔으며, 이 결과는 향후 알미늄 압출재의 차음 대책에도 적용 가능할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	다공성 경량재는 무엇이 있는가?	한편, 공진 문제는 댐핑을 증가 시켜 해결하는 것이 보편적이므로, 국부 공진 모드의 댐핑을 효과적으로 증가시키는 방안도 함께 강구할 필요가 있다. 철도차량에서는 이미 바닥 적층재에 단열 및 흡음을 위하여 유리면(glass wool)이나 우레탄 폼(polyurethane foam)을 빈번히 사용하고 있다. 이러한 다공성 경량재는 구조적 특성상 개별적인 차음 성능은 강판이나 합판 등의 비투과성 판재에 비해 현저히 떨어진다.
	주름 강판의 단점은?	철도차량의 바닥재에 널리 사용되는 주름 강판은 국부공진 효과에 의하여 특정 주파수 대역에서의 차음성능이 심각하게 저하된다. 그 대책으로, 본 연구에서는 우레탄 폼재를 주름내부에 충진시키거나 유리면층을 바닥재에 적층시킨 후, 차음성능의 향상효과를 실험적으로 평가한다.
	공진 문제는 주로 어떻게 해결하는가?	이러한 문제는 주름이나 압출재의 단위 구조를 효과적으로 설계하여 투과손실의 급락 대역을 음원 주파수대역 이상으로 이동시킴으로써 제한 적으로 대처할 수 있다[5]. 한편, 공진 문제는 댐핑을 증가 시켜 해결하는 것이 보편적이므로, 국부 공진 모드의 댐핑을 효과적으로 증가시키는 방안도 함께 강구할 필요가 있다. 철도차량에서는 이미 바닥 적층재에 단열 및 흡음을 위하여 유리면(glass wool)이나 우레탄 폼(polyurethane foam)을 빈번히 사용하고 있다.

참고문헌 (6)

C.H. Hansen (1993) Sound Transmission of Corrugated Panels, Noise Control Engineering Journal, Vol. 40, pp. 187-197.

상세보기
S.H. Kim, H. Jang, J. Kim (2001) Characteristics of Local Vibration Modes of the Aluminum Extruded Panels for Rail Road Vehicles, Journal of the Korean Society for Railway, Vol.4 (3), pp. 87-93.
R.M. Windle, Y.W. Lam (1993) Prediction of the Sound Reduction of Profiled Metal Cladding, Inter-Noise'93, Vol. 2, pp. 999-1002.
S.H. Kim et al. (2000) Sound Transmission Loss of Aluminum Extruded Panels for Railway Vehicles, Transactions of KSNVE, Vol. 10(4), pp. 662-668.
S.H. Kim, H.Y. Lee, J.T. Kim, J.C. Kim (2010) Sound Insulation Design of the Corrugated Steel Panel Considering Local Resonance, Transactions of KSNVE, Vol. 20(7), pp. 672-676.

원문보기 상세보기
ASTM E 2249-02, (2003) American Standards for Testing and Materials; Standard Test Method for Laboratory Measurement of Airborne Transmission Loss of Building Partitions and Elements Using Sound Intensity, American Standard Association.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증