• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2011.04a
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• pp.693-696
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• 2011

본 논문에서는 레벨셋 방법을 이용하여, 소음을 차단하기 위한 음향 구조물의 형상 최적 설계를 수행하였다. 음향 결정 구조에서는 음향이 흩어져 있는 결정 구조에 의해서 굴절되기 때문에 결정 모양을 조정함으로써, 음향 거동을 제어 할 수 있다. 형상 최적 설계의 목적은 특정한 각도와 각속도로 입사되는 입사파에 대해서 음향 투과율(acoustic transmittance)이 최소가 되도록 음향 결정의 형상(inclusion shape)을 결정하는 것이다. 음향 압력(acoustic pressure)은 주기성을 갖는 음향 결정에 대해서 헬몰츠(Helmoltz)형태의 지배 방정식을 풀어서 얻을 수 있다. 본 연구에서는 음향 구조물로 결정이 수평 방향으로는 주기적으로 무한히 분포하고 수직방향으로는 유한한 층간 구조를 가지고 있는 소음 방어벽 (Noise barrier)을 고려한다. 결정의 위치는 고정되어 있고, 결정의 형상을 설계 변수로서 음파의 거동을 제어할 수 있도록 하였다. 주기적 구조물을 고려하기 때문에 결정의 좌와 우에 Bloch 이론을 적용해 주기적 경계조건을 부과하였고, 소음 방어벽 위와 아래에는 임피던스 행렬(impedance matrix)를 이용하여, 무한 균질 영역과 소음 방어벽사이의 음파 투과를 모사하였다. 복잡한 형상 변화를 표현하기 위해 임시적 경계를 이용한 레벨셋 방법을 사용하였다. 설계 민감도 해석을 통해 목적함수가 감소하는 방향으로 경계에서의 수직 벡터를 계산하고, 이를 헤밀턴-자코비(Hamilton-Jacob) 방정식에 대입하여, 최적의 형상을 나타내는 레벨셋 함수를 구하였다.

• Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
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• autumn
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• pp.209-212
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• 2001

수중에서 물과 공기 다공을 갖는 다공성 매질의 주파수 및 다공율 변화에 따른 음향특성을 고찰하였다. 다공성 매질로서 원통형 다공을 인위적으로 균일하게 배열한 판형 루사이트 (Lucite)를 사용하였다. 수중에서 음파를 다공성 매질의 원통형 다공의 축 방향과 평행하게 입사하였을 때, 빠른 파 (fast wave)는 다공 내의 매질에 영향을 받지 않으나, 느린 파 (slow wave) 및 원통형 다공을 전파하는 비평면 고차 정상 모드 파 (nonplanar higher normal mode wave)는 다공 내의 매질에 크게 영향을 받는다. 3MHz부터 4MHz까지의 주파수 영역에서 전체 파 (total wave), 빠른 파 및 느린 파의 음속 및 음압투과계수를 주파수 및 물과 공기 다공율 변화에 따라 측정하였다. 비강체 다공성 매질에서의 음파 전파특성에 대한 MBA (modified Biot-Attenborough) 모델의 이론 결과와 실험결과를 비교, 분석하였다.

• The Journal of the Acoustical Society of Korea
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• v.17 no.8
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• pp.58-63
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• 1998

저주파 영역의 음파의 투과속도 측정에 기존의 펄스에코방법이나 투과법 (transmission method)가 이용되는 경우, 탐촉자 및 시편의 크기, 시편과 탐촉자 사이의 거 리가 사용하는 음파의 주파수가 작아질수록 대형화되어 측정에 어려움을 나타내게 된다. 따 라서 본 연구에서는 고분자 재료의 음향특성을 평가할 수 있는 간단한 방법으로써 고분자 재료의 주파수에 따른 동적 탄성률(dynamic modulus)을 시간-온도 중첩의 원리를 이용하여 측정하고, 고분자 내에서 저주파 영역의 음파의 전달 속도와 주파수에 따른 탄성율(elastic modulus), 전단 탄성률(shear modulus) 그리고 밀도의 관계식으로부터 음속을 측정하였다. 실험결과 주파수가 증가함에 따라 고분자 재료의 동적 탄성률이 증가하였으며, 음속도 주파 수에 따라 증가하였다. 본 연구에서 사용한 폴리우레탄 재료의 음속은 100Hz∼10kHz영역에 서 약1500m/sec에서 3000m/sec를 나타내었다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.25 no.6
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• pp.549-558
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• 2012

A topology optimization method for phononic crystals is developed for the design of sound barriers, using the level set approach. Given a frequency and an incident wave to the phononic crystals, an optimal shape of periodic inclusions is found by minimizing the norm of transmittance. In a sound field including scattering bodies, an acoustic wave can be refracted on the obstacle boundaries, which enables to control acoustic performance by taking the shape of inclusions as the design variables. In this research, we consider a layered structure which is composed of inclusions arranged periodically in horizontal direction while finite inclusions are distributed in vertical direction. Due to the periodicity of inclusions, a unit cell can be considered to analyze the wave propagation together with proper boundary conditions which are imposed on the left and right edges of the unit cell using the Bloch theorem. The boundary conditions for the lower and the upper boundaries of unit cell are described by impedance matrices, which represent the transmission of waves between the layered structure and the semi-infinite external media. A level set method is employed to describe the topology and the shape of inclusions. In the level set method, the initial domain is kept fixed and its boundary is represented by an implicit moving boundary embedded in the level set function, which facilitates to handle complicated topological shape changes. Through several numerical examples, the applicability of the proposed method is demonstrated.

• The Journal of the Acoustical Society of Korea
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• v.40 no.1
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• pp.31-37
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• 2021

In this paper, we design an acoustic meta-material silencer that operates at low frequency to reduce noise in duct. A high refractive index meta-material silencer is demonstrated with a combination of zigzag structured thin waveguide and helmholtz resonator, which reduces the speed of sound. Finite Element Method (FEM) analysis via thermo-viscous acoustic mesh is performed in order to calculate thermo-viscous dissipation in sub-wavelength waveguide. Sound power reflection, transmission and absorption coefficients are obtained utilizing 4-Microphone Method. The results show that cut-off frequency and transmission loss can be controlled through adjusting intervals of the zigzag structures. A wide-band acoustic silencer is also suggested by connecting meta-materials in series or parallel.

• The Journal of the Acoustical Society of Korea
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• v.39 no.4
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• pp.270-278
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• 2020

In this paper, sound transmission of Micro-Perforated Plates (MPPs) installed in an impedance tube with a circular cross-section is described using an analytic method. Vibration of the plates is expressed in terms of an infinite series of modal functions, where modal function in the radial direction is given by the Bessel function. Under the plane wave assumption, a low frequency approximation is derived, and a formula for the sound transmission coefficient of multi-layered MPPs is presented using the transfer matrix method. The Sound Transmission Losses (STLs) of single and double MPPs are computed using the proposed method and compared with those done by the Finite Element Method (FEM), which shows an excellent agreement. As the perforation increases, the STL is degraded, since the STL becomes dominated by the perforation ratio rather than by vibration of the plate. The STL shows dips at natural frequencies as well as at the mass-spring-mass resonance frequency. The proposed model for the STL prediction in this study can be applied to an arbitrary number of MPPs, where each MPP may or may not have a perforation.