현재 해양플랜트용 패널의 주요한 중심재는 다공성재료(미네랄울) 이지만, 뛰어난 차음성능에도 불구하고 환경적인 이유로 이를 대체할 재료가 요구되고 있다. 허니컴 구조는 무게 대비 강도가 우수하여 산업전반에서 많이 쓰이고 있다. 하지만 소음진동 측면에서의 연구는 미미하다. 다공성재료를 대체하기 위한 연구로서 허니컴의 음향학적 연구가 필요하다. 본 논문에서는 허니컴패널을 대칭모드와 비대칭모드의 중첩으로 가정하여 수치해석을 진행하였다. 이러한 이론을 통한 수치해석과 실험결과를 비교하여 수치해석의 신뢰성을 검증하였다. 그리고 수치해석을 통해 허니컴패널의 차음특성을 연구하고 중심재로서의 가능성을 평가하였다. 패널두께를 키울수록 일치주파수가 저주파수로 이동하였다. 셀사이즈와 셀벽의 사이각이 감소함에 따라 차음성능이 개선되었고, 셀벽두께의 경우 증가할수록 차음성능이 향상되었다.
현재 해양플랜트용 패널의 주요한 중심재는 다공성재료(미네랄울) 이지만, 뛰어난 차음성능에도 불구하고 환경적인 이유로 이를 대체할 재료가 요구되고 있다. 허니컴 구조는 무게 대비 강도가 우수하여 산업전반에서 많이 쓰이고 있다. 하지만 소음진동 측면에서의 연구는 미미하다. 다공성재료를 대체하기 위한 연구로서 허니컴의 음향학적 연구가 필요하다. 본 논문에서는 허니컴패널을 대칭모드와 비대칭모드의 중첩으로 가정하여 수치해석을 진행하였다. 이러한 이론을 통한 수치해석과 실험결과를 비교하여 수치해석의 신뢰성을 검증하였다. 그리고 수치해석을 통해 허니컴패널의 차음특성을 연구하고 중심재로서의 가능성을 평가하였다. 패널두께를 키울수록 일치주파수가 저주파수로 이동하였다. 셀사이즈와 셀벽의 사이각이 감소함에 따라 차음성능이 개선되었고, 셀벽두께의 경우 증가할수록 차음성능이 향상되었다.
Currently, porous materials (e.g., mineral wool) are the core materials used in offshore plant panels, but in spite of their superb acoustic performance, these items must be replaced for environmental reasons. A honeycomb structure is widely used throughout the industry because of its high strength-...
Currently, porous materials (e.g., mineral wool) are the core materials used in offshore plant panels, but in spite of their superb acoustic performance, these items must be replaced for environmental reasons. A honeycomb structure is widely used throughout the industry because of its high strength-to-weight ratio. However, research in terms of noise and vibration is minimal. An acoustic study should be conducted by taking advantage of honeycomb structures to replace porous materials. In this study, a simulation was performed assuming that a honeycomb panel is a superposition of symmetric mode and antisymmetric mode. Reliability was verified by comparing a simulation results based on a theory with a experimental results, and the possibility of the panel as a core material was evaluated by studying the sound insulation characteristics of a honeycomb. As the panel thickness increased, the coincidence frequency shifted to low frequency. As the angle between horizontal line and oblique wall and cell-size decreases, the sound insulation performance is improved. And as the cell-wall thickness increased, the sound insulation performance improved.
Currently, porous materials (e.g., mineral wool) are the core materials used in offshore plant panels, but in spite of their superb acoustic performance, these items must be replaced for environmental reasons. A honeycomb structure is widely used throughout the industry because of its high strength-to-weight ratio. However, research in terms of noise and vibration is minimal. An acoustic study should be conducted by taking advantage of honeycomb structures to replace porous materials. In this study, a simulation was performed assuming that a honeycomb panel is a superposition of symmetric mode and antisymmetric mode. Reliability was verified by comparing a simulation results based on a theory with a experimental results, and the possibility of the panel as a core material was evaluated by studying the sound insulation characteristics of a honeycomb. As the panel thickness increased, the coincidence frequency shifted to low frequency. As the angle between horizontal line and oblique wall and cell-size decreases, the sound insulation performance is improved. And as the cell-wall thickness increased, the sound insulation performance improved.
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문제 정의
Lorna J.는 세포와 같이 작은 칸들로 이루어진 구조(cellular solids)의 기계적성질을 연구하였다. 세 값 모두 셀 사이즈가 증가함에 따라 감소한다.
본 연구의 목적은 허니컴패널의 차음특성을 연구하여 소음진동에 의한 생리적인 피해와 심리적인 피해(Yu, 2007)를 줄이는데 있다. 이를 위해 두께 방향으로 유한하고 면방향으로 무한한 허니컴패널에 대해서 차음성능을 수치적으로 예측하였다.
가설 설정
이후 Moore and Lyon(1991)에 의해 등방성 및 이방성 코어에 대한 적층패널에 대한 해석 방법이 제시 되었다. 이를 통해 허니컴패널의 코어를 직교이방성(orthotropic)으로 가정하여 차음성능을 예측하였다.
제안 방법
에 따른 차음성능의 영향을 파악하였다. 10˚, 20˚, 30˚, 40˚에 대해서 해석을 진행하였다. Fig.
2장에서의 이론을 바탕으로 작성된 수치해석결과와 3장의 실험결과와의 비교를 통해 수치해석의 신뢰도를 검증하였다. 비교대상은 패널두께 25 mm, 50 mm이며, 면적은 실험의 경우 1.
두 번째로 셀사이즈를 변경해가며 차음성능의 영향을 분석하였다. Fig. 8에서 볼 수 있듯이, 해석 셀사이즈는 5, 10, 15, 20 mm에 대해 해석을 진행하였다. 이후 기준 패널두께는 25 mm 이다.
그리고 패널 두께와 셀 사이즈, 셀벽두께, θc에 따른 차음성능 변화를 연구 하였다.
두 번째로 셀사이즈를 변경해가며 차음성능의 영향을 분석하였다. Fig.
소음실과 수음실에 각각 마이크로폰(microphone)이 설치되어 있고, 이를 통해 소음실 음압(Lp1)과 수음실 음압(Lp2)을 측정한다. 마이크로폰은 회전이 가능한 모터위에 설치되어 60˚ 씩 총 6지점을 측정하였다. 다음으로 소음실의 스피커를 정지시키고 수음실에 백색소음을 발생 시킨다.
마지막으로 θc에 따른 차음성능의 영향을 파악하였다.
본 논문에서는 허니컴패널의 대칭모드와 비대칭모드의 임피던스를 이용하여 허니컴패널의 차음성능을 계산하였다. 수치해석 결과와 간이잔향실의 실험결과를 비교하여 신뢰성을 검증하였다.
세 번째로 셀벽두께에 따른 차음성능을 분석하였다. 해석 셀벽두께는 0.
1장에서 수치해석결과의 신뢰성을 검증 하였다. 이를 바탕으로 패널두께, 셀 사이즈, 셀벽두께, 셀 각도에 대해 차음성능을 평가 하였다. 구조적인 관점에서 허니컴패널의 차음성능을 연구하기 위해 위와 같은 파라미터들을 선정하였다.
이를 위해 두께 방향으로 유한하고 면방향으로 무한한 허니컴패널에 대해서 차음성능을 수치적으로 예측하였다. 이를 실험결과와 비교하여 신뢰성을 확인하였다. 최종적으로 신뢰성이 확보된 수치적 시뮬레이션을 통해 파라미터스터디를 수행하여 허니컴의 차음특성을 파악하였다.
본 연구의 목적은 허니컴패널의 차음특성을 연구하여 소음진동에 의한 생리적인 피해와 심리적인 피해(Yu, 2007)를 줄이는데 있다. 이를 위해 두께 방향으로 유한하고 면방향으로 무한한 허니컴패널에 대해서 차음성능을 수치적으로 예측하였다. 이를 실험결과와 비교하여 신뢰성을 확인하였다.
첫 번째로 패널 두께를 변경하며 차음성능의 영향을 분석하였다. 패널 두께는 25, 35, 45, 55 mm에 대해서 해석을 시행하였다.
이를 실험결과와 비교하여 신뢰성을 확인하였다. 최종적으로 신뢰성이 확보된 수치적 시뮬레이션을 통해 파라미터스터디를 수행하여 허니컴의 차음특성을 파악하였다.
첫 번째로 패널 두께를 변경하며 차음성능의 영향을 분석하였다. 패널 두께는 25, 35, 45, 55 mm에 대해서 해석을 시행하였다. 해석결과는 Fig.
세 번째로 셀벽두께에 따른 차음성능을 분석하였다. 해석 셀벽두께는 0.05, 0.1, 0.15, 0.2 mm에 대해서 해석을 진행하였다. Fig.
대상 데이터
비교대상은 패널두께 25 mm, 50 mm이며, 면적은 실험의 경우 1.0 m × 1.2 m 허니컴패널을 사용하였다.
데이터처리
본 논문에서는 허니컴패널의 대칭모드와 비대칭모드의 임피던스를 이용하여 허니컴패널의 차음성능을 계산하였다. 수치해석 결과와 간이잔향실의 실험결과를 비교하여 신뢰성을 검증하였다. 그리고 패널 두께와 셀 사이즈, 셀벽두께, θc에 따른 차음성능 변화를 연구 하였다.
이론/모형
실험절차는 ISO 규정(ISO 10140-2:2010)에 의해 진행됐다. Fig.
성능/효과
7의 (a), (b)를 보면 패널두께가 증가함에 따라 면밀도는 증가하고, 탄성계수는 별다른 변화가 없음을 알 수 있다. 결과적으로 면밀도의 증가로 고주파수에서의 차음성능이 증가하는 경향을 보이며, 면밀도와 탄성계수의 영향보다 패널두께의 증가에 따른 일치주파수의 변화로 차음성능 변화에 미치는 영향이 더 큰 것으로 보인다.
앞에서 언급했듯이 일치주파수가 탄성계수의 제곱근에 반비례 한다. 결과적으로 셀사이즈가 증가함에 따라 일치주파수가 고주파수쪽으로 이동함을 그래프를 통해서 다시 한번 확인할 수 있다.
50 mm 패널의 경우도 저주파수에서 실험결과가 변동하는 경향을 보이지만, 전체적인 경향이 잘 일치 한다. 다만 1 k 이상 고주파수의 경우 25 mm 패널의 결과보다는 차이가 발생하지만 그 차이가 약 3 dB 정도의 차이를 보이며, Rw(ISO 717-1:2013) 값으로 보더라도 실험이 25 dB, 수치해석결과가 23 dB로 2 dB의 차이를 보여 잘 일치함을 알 수 있다. 이러한 차이는 패널두께가 두배로 증가 함에 따라 구조적 감쇠계수의 차이도 함께 증가함에 따른 결과로 보인다.
이 논문의 결과를 통하여 향후 허니컴패널의 확장연구에 도움이 될 것으로 생각된다. 또한 허니컴셀의 디자인의 변화에 따라 차음성능 개선에 도움이 됨을 확인 했다. 그리하여 항공, 건축, 철도 등 산업전반에서 사용되고 있는 허니컴 패널의 차음성능 개선에 도움이 될 것으로 생각된다.
셀 사이즈와 θc가 감소할수록 셀벽두께가 증가할수록 차음성능 개선이 나타났다.
6과 같다. 해석결과를 보면 패널의 두께가 두꺼워질수록 일치주파수가 점점 저주파수로 이동했다. 이는 등방성 단일판을 가정할 경우 일치주파수는 #에 비례하고 #과 #에 반비례하게 된다(Fahy and Gardonio, 2007).
후속연구
또한 허니컴셀의 디자인의 변화에 따라 차음성능 개선에 도움이 됨을 확인 했다. 그리하여 항공, 건축, 철도 등 산업전반에서 사용되고 있는 허니컴 패널의 차음성능 개선에 도움이 될 것으로 생각된다. 향후 MPP의 적용 및 전달행렬을 통한 복합 허니컴패널의 차음성능 예측과 개선방안 연구가 진행될 것이다.
이 논문의 결과를 통하여 향후 허니컴패널의 확장연구에 도움이 될 것으로 생각된다. 또한 허니컴셀의 디자인의 변화에 따라 차음성능 개선에 도움이 됨을 확인 했다.
그리하여 항공, 건축, 철도 등 산업전반에서 사용되고 있는 허니컴 패널의 차음성능 개선에 도움이 될 것으로 생각된다. 향후 MPP의 적용 및 전달행렬을 통한 복합 허니컴패널의 차음성능 예측과 개선방안 연구가 진행될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
허니컴 패널이 산업전반에서 사용되는 이유는?
허니컴 패널은 우수한 기계적 물성치를 가지고 있다. 무게 대비 높은 강성을 가지고 있기 때문에 산업전반에서 사용되고 있다(Bang et al., 2011; Kim and Cho, 2013).
NORSOK규정에서 글라스울의 사용을 금지하고, 미네랄울을 사용할 경우 메탈 재질로 완전히 감싸도록 해야하는 이유는?
울종류의 흡음재는 뛰어난 차음성능에도 불구하고 세균증식문제와 같은 환경적인 문제를 가지고 있다. 그래서NORSOK(standard c-002, 2006) 규정에서 글라스울의 사용을 금지하고 있고, 미네랄울을 사용할 경우 메탈(metal)재질로완전히 감싸도록 하였다.
간이잔향실의 구성은 어떻게 되는가?
3과 같다. 구성은 소음실(source room)과 수음실(receiving room),패널거치대로 구성되어 있다. 소음실의 총면적과 부피는 각각 11.
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