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문제 정의
- 수중 충격에 강인한 변환기의 개발이 절실한 실정이나 변환기의 설계변수들이 과도 충격력에 미치는 영향을 체계적으로 분식한 자료는 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 변환기의 주요 성능 변수로 공진 주파수, 음압, 대역폭 및 최대 충격 저항력을 설정하였고, 정해진 주파수와 재료에 대해서 일정 대역폭을 만족시키면서 높은 음압과 높은 충격 정항력을 가지는 변환기의 최적 구조를 자동으로 결정할 수 있는 프로그램을 개발하였다.
- 수중 충격에 강인한 변환기의 개발이 절실한 실정이나 변환기의 설계변수들이 과도 충격력에 미치는 영향을 체계적으로 분식한 자료는 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 변환기의 주요 성능 변수로 공진 주파수, 음압, 대역폭 및 최대 충격 저항력을 설정하였고, 정해진 주파수와 재료에 대해서 일정 대역폭을 만족시키면서 높은 음압과 높은 충격 정항력을 가지는 변환기의 최적 구조를 자동으로 결정할 수 있는 프로그램을 개발하였다.
- 본 연구에서는 음향 변환기의 최적 설계법을 제시하였다. 제시된 설계법은 변환기의 대표적 성능인 공진 주파수, 대역폭, 발생 음압 및 충격저항력에 미치는 설계변수들의 영향을 유한요소 해석을 통해 구한 다음, 통계적기법인 실험 계획법과 다중 회귀분석을 수행하여 변수들의 상호효과까지 고려한 공진 주파수, 대역폭 및음압을 함수화 하였고, 제한 최적화방법인 SQP-PD법을 이용하여 주어진 환경에서 동작하면서 최대 음압을 구현하도록 하는 변환기의 설계변수들을 최적화 하였다.
- 본 연구의 목적은 주어진 사용환경에서 동작하면서 최대 음압을 구현할 수 있는 tonpilz 변환기 설계변수들을 최적화 하는 것이다. 따라서 본 연구의 목적함수는 음압을 최대화하는 것이므로 식 (5)와 같이 표현할 수 있고.
- 본 연구의 목적은 주어진 사용환경에서 동작하면서 최대 음압을 구현할 수 있는 tonpilz 변환기 설계변수들을 최적화 하는 것이다. 따라서 본 연구의 목적함수는 음압을 최대화하는 것이므로 식 (5)와 같이 표현할 수 있고.
가설 설정
- 원거리장 음압계산을 할 수 있도록 물을 변환기 표면에서 100 mm까지설치하였으며, 약 18,400개의 절점과 18,000개의 요소로 구성하였다. 경계 조건으로는 변환기의 모든 부분을 자유상태로 가정하였고, 물의 최 외곽층에는 무반사 경계조건을 적용하였다. 유한요소 해석모델의 타당성을 검증하기 위하여 변환기의 공진 및 반공진 특성을 임피던스 분석기(HP-4194A)로 측정하였고, 유한요소 모델해석결과와의 비교를 위해서 측정치의 공진 주파수에 대해 정규화 하여 Fig.
- 원거리장 음압계산을 할 수 있도록 물을 변환기 표면에서 100 mm까지설치하였으며, 약 18,400개의 절점과 18,000개의 요소로 구성하였다. 경계 조건으로는 변환기의 모든 부분을 자유상태로 가정하였고, 물의 최 외곽층에는 무반사 경계조건을 적용하였다. 유한요소 해석모델의 타당성을 검증하기 위하여 변환기의 공진 및 반공진 특성을 임피던스 분석기(HP-4194A)로 측정하였고, 유한요소 모델해석결과와의 비교를 위해서 측정치의 공진 주파수에 대해 정규화 하여 Fig.
- 공진 주파수 감소로 인하여 파수는 감소하고, 반경이 더 큰 폭으로 증가함에 따라 전체적으로 파수滩경은 증가한다. 지향성은 파수〉반경에 비 례하는데, [7]지향성이 증대되면 변환기 표면으로부터 일정한 거리만큼 떨어진 지점에서(100 nim) 측정한 음압은 증가할 것이다. 또한 근거리 장과 원거리 장의 경계점은 반경이 증가함에 따라 변환기 표면으로부터 멀어지고, [8] 이로인하여 음압의 증가를 가져올 것이다.
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