The Journal of the Acoustical Society of Korea (한국음향학회지)

The Acoustical Society of Korea (한국음향학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Study on Analysis of Evanescent Waves Generating the Strong End Axial Vibration of a Finite Cylindrical Shell

유한 원통셸의 큰 끝단 종진동을 발생시키는 감쇠파에 대한 분석 연구

  • 길현권 (수원대학교 기계공학과)
  • Received : 2011.08.09
  • Accepted : 2011.09.19
  • Published : 2011.10.31
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Propagating waves (flexural, longitudinal and shear waves) travelling with constant amplitudes and evanescent waves decaying exponentially are generated on a cylindrical shell. Evanescent waves are generally generated in the vicinity of an vibration excitation point and near ends of the shell. But the evanescent waves can generates strong axial vibration at the ends of the cylindrical shell. The strong end axial vibration due to those evanescent waves has been observed in an author's previous paper dealing with measurements of the in-plane axial vibration of a finite cylindrical shell. In this paper the strong end axial vibration due to the evanescent waves has been theoretically analyzed. In order to analyze the vibration of the cylindrical shell, wave propagation approach has been implemented. Comparison between theoretical and experimental results for the axial vibration of the shell showed that the strong evanescent wave can be generated due to mode conversion (conversion from flexural wave to evanescent wave) at the ends of cylindrical shell. It also showed that the evanescent wave can generate the strong axial vibration near the ends of the cylindrical shell and that it can have effect even on 1/3 of the total length of the shell.

진동하는 원통셸에서는 파동의 크기를 유지하며 전파하는 진행파 (굽힘파, 종파, 전단파)와 전파함에 따라서 파동의 크기가 지수 함수적으로 급격히 감쇠하며 소멸되어가는 감쇠파가 발생한다. 감쇠파의 영향은 일반적으로 가진 지점 혹은 구조물의 끝단 지점 부근에 국한되어 작게 발생되게 된다. 그러나 원통셸의 경우 상당히 큰 감쇠파가 발생할 수 있으며, 이러한 감쇠파로 인하여 종진동이 끝단 부근에서 상당히 크게 발생하는 현상이 일어날 수 있다. 이러한 현상은 저자의 유한 원통셸의 종진동 측정 실험 논문에서 관찰되었으며, 본 논문에서는 이러한 큰 감쇠파에 의한 원통셸의 끝단 종진동 현상을 해석적으로 분석하였다. 원통셸의 진동해석을 위하여서는 파동 전파 방법을 활용하였으며, 해석 결과를 실험 결과와 비교함으로써 진동하는 원통셸의 끝단에서 모드 변환 (굽힘파와 감쇠파간의 변환)에 의하여 상당히 큰 감쇠파가 발생할 수 있음을 보였다. 또한 감쇠파의 영향은 원통셸 끝단의 큰 종진동을 발생시키며, 원통셸 전체 길이의 1/3 지점까지도 영향을 줄 수 있음을 보였다.

Keywords

References

  1. H.D. McNiven, "Extensional waves in a semi-infinite rod", J. Acoust. Soc. Am., vol. 33, no. 1, pp. 23-27, 1961. https://doi.org/10.1121/1.1908392
  2. D.C. Gazis and R.D. Midlin, "Extensional vibrations and waves in a circular disk and a semi-infinite plates," J. Appl. Mech., vol. 27, pp. 541-547, 1960. https://doi.org/10.1115/1.3644037
  3. J.D. Kaplunov, L.Y. Kossovich and M. V. Wilde, "Free localized vibrations of a semi-infinite cylindrical shell," J. Acoust. Soc. Am., vol. 107, no. 3, pp. 1383-1393, 2000. https://doi.org/10.1121/1.428426
  4. J. Oliver, "Elastic wave dispersion in a cylindrical rod by a wide-band short duration pulse technique,", J. Acoust. Soc. Am., vol. 29, no. 2, pp. 189-194, 1957. https://doi.org/10.1121/1.1908824
  5. E.A.G. Shaw, "On the resonant vibrations of thick barium titanate disks," J. Acoust. Soc. Am., vol. 28, no. 1, pp. 38-50, 1956. https://doi.org/10.1121/1.1908218
  6. H.-G. Kil, "Observation of strong in-plane end vibration of a cylindrical shell," J. Acoust. Soc. Korea, vol. 21, no. 4E, pp. 183-188, 2002.
  7. E.G. Williams, B.H. Houston and J.A.Bucar, "Experimental Investigation of the wave propagation on a point-driven, submerged capped cylinder using k-space analysis," J. Acoust. Soc. Am., vol. 87, no. 2, pp. 513-522, 1990. https://doi.org/10.1121/1.398922
  8. Brigham, E. O., 1974, The Fast Fourier Transform, Prentice-Hall, Inc.
  9. 길현권, 이찬, "원통셀의 진동 데이터에 대한 파수 해석을 위한 공간신호처리 방법의 응용 연구," 한국소음진동공학회논문집, 20권, 9호, pp. 863-875, 2010.
  10. 길현권, "탄성파를 이용한 유한 원통셀의 강제진동 해석", 한국음향학회지, 18권, 2호, pp. 83-89, 1999.
  11. Y.C. Glandier, Y.H. Berthelot and J. Jarzynski, "Wave-vector analysis of the forced vibrations of cylindrical shells," J. Acoust. Soc. Am., vol. 92, no. 4, pp. 1985-1993,1992. https://doi.org/10.1121/1.405248
  12. M.C. Junger and D. Feit, Sound, Structures, and Their Interaction, pp.216-218, Acoustical Society of America, 1993.
  13. Y. Irie, "Prediction of structure borne sound transmission using statistical energy analysis," Bulletin of the M.E.S.J., vol. 33, no. 5, pp. 60-73, 1985.
  14. H.-G. Kil, J. Jarzanski and Y. H. Berthelot, "Wave decomposition of the vibrations of a cylindrival shell with automated scanning laser vibrometer," J. Acoust. Soc. Am., vol. 104, no. 6, pp. 3161-3168, 1998. https://doi.org/10.1121/1.423956