Nonlinear Aspects of the Frequency Response of a Gas-filled Bubble Oscillator

기포진동 주파수응답의 비선형적 현상

A numerical analysis is carried out for the nonlinear phenomena of the bubble oscillator. The model is based on the Keller's formulation for the bubble dynamics. Interpretation of the bubble interior is based on the formulation by Prosperetti. His formulation adopts the energy equation for the analysis of the bubble interior. The numerical simulation Shows typical nonlinear phenomena in its frequency response. Among such nonlinear aspects are the jump phenomenon, the shift of natural frequency of the system, and the appearance of superharmonic resonances. It is deduced that the nonlinear frequency response is dependent upon the initial condition of the bubble oscillator and some multi-valued frequency region can appear in the response curve. Nonlinear phenomena appeared in the bubble oscillator is compared with those of the Duffing equation and it may be said that the bubble dynamic equation has similar nonlinear aspects to the Duffing equation.

기포 진동 시스템에 대한 수치해석이 수행되었다. 수학적 모델은 기포역학에 대해서는 Keller의 식을, 기포내부 해석을 위해서는 Prosperetti의 식을 채택하였다. Prosperetti는 기포내부 해석을 위해 에너지 방정식을 도입하였으며 매우 정확한 해석을 가능케 하였다. 수치해석결과 기포진동의 주파수 응답곡선에 있어 전형적인 비선형 현상들을 볼 수 있었다. 이러한 비선형 현상들에는 점프현상(jump phenomena), 공진주파수의 변화, 그리고 superharmonic 공진점의 발생등이 있다. 비선형 주파수 응답은 기포진동 시스템의 초기조건에 따라 달라지는데 이에 의해 어느 가진 주파수 대역에서는 두개 이상의 해가 존재할 수 있게 된다. 기포진동 시스템에서 비선형 진동현상은 Duffing 방정식과 비교가 되는데 두 시스템은 비슷한 비선형 현상들을 가지고 있다고 볼 수 있다.