Kookhyun Kim;Sung-Ju Park;Keunhwa Lee;Dae-Seung Cho
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.43
no.1
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pp.138-144
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2024
This paper presents a bistatic to monostatic conversion technique to analyze the bistatic target strength of submarines. The technique involves determining the transmission path length of acoustic waves, which are emitted from a source, scattered off an underwater target, and eventually received by a receiver. By generating a corresponding virtual scattering surface, this method effectively transforms the target strength analysis problem from bistatic to monostatic. The converted monostatic target strength problem can be assessed using a well-established monostatic numerical methods. The bistatic target strength analysis for Benchmark Target Strength Simulation (BeTTSi), a widely used target strength model were performed. The results were compared with those calculated by boundary element methods and Kirchhoff approximation, and confirmed the validity and the practical applicability of the proposed analysis technique for evaluating submarine target strength.
Kim, Min-Geun;Hashimoto, Hiroshi;Abe, Kazuhisa;Cho, Seonho
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.
Kim, Yoon Mi;Lee, Kang Il;Kang, Hwi Suk;Yoon, Suk Wang
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.34
no.5
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pp.335-342
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2015
Phononic crystals are composite materials consisting of a periodic arrangement of scattering inclusions in a host material. One of the most important properties of phononic crystals is the existence of band gaps, i.e., ranges of frequencies at which acoustic waves cannot propagate through the structure. The present study aims to investigate theoretically and experimentally the acoustic band structures in two-dimensional (2D) phononic crystals consisting of periodic square arrays of stainless steel solid cylinders with a diameter of 1 mm and a lattice constant of 1.5 mm in water. The theoretical dispersion relation that depicts the relationship between the frequency and the wave vector was calculated along the ${\Gamma}X$ direction of the first Brillouin zone using the finite element method to predict the band structures in the 2D phononic crystals. The transmission and the reflection coefficients were measured in the 2D phononic crystals with 1, 3, 5, 7, and 9 layers of stainless steel cylinders stacked in the perpendicular direction to propagation at normal incidence. The theoretical dispersion relation exhibited five band gaps at frequencies below 2 MHz, the first gap appearing around a frequency of 0.5 MHz. The location and the width of the band gaps experimentally observed in the transmission and the reflection coefficients appeared to coincide well with those determined from the theoretical dispersion relation.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.26
no.6
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pp.742-750
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2020
The flow noise generated by hull appendages is directly related to the performance of the sonar in terms of self-noise and induces a secondary noise source through interaction with the propeller and rudder. Thus, the noise in the near field should be analyzed accurately. However, the acoustic analogy method is an indirect method that is not used to simulate the propagation of an acoustic signal directly; therefore, diffraction, reflection, and scattering characteristics cannot be considered, and near-field analysis is limited. In this study, the propagation process of flow noise in water was directly simulated by using the lattice Boltzmann method. The lattice Boltzmann method could be used to analyze flow noise by simulating the collision and streaming processes of molecules, and it is suitable for noise analysis because of its compressibility, low dissipation rate, and low dispersion rate characteristics. The flow noise source was derived using Reynolds-averaged Navier-Stokes equations for the hull appendages, and the propagation process of the flow noise was directly simulated using the lattice Boltzmann method by applying the developed flow-acoustic boundary conditions. The derived results were compared with Ffowcs Williams-Hawkings results and hydrodynamic pressure results based on the receiver location to verify the usefulness of the lattice Boltzmann method within the near-field range in comparison with other techniques.
In this study, a numerical method for a time-domain acoustic wave backscattering analysis is established based on a physical optics and a Fourier transform. The frequency responses of underwater targets are calculated based on physical optics derived from the Kirchhoff-Helmholtz integral equation by applying Kirchhoff approximation and the time-domain signals are simulated taking inverse fast Fourier transform to the obtained frequency responses. Particularly, the adaptive triangular beam method is introduced to calculate the areas impinged directly by acoustic incident wave and the virtual surface concept is adopted to consider the multiple reflection effect. The numerical analysis result for an acoustic plane wave field incident normally upon a square flat plate is coincident with the result by the analytic time-domain physical optics derived theoretically from a conventional physical optics. The numerical simulation result for a hemi-spherical end-capped cylinder model is compared with the measurement result, so that it is recognized that the presented method is valid when the specular reflection effect is predominant, but, for small targets, gives errors due to higher order scattering components. The numerical analysis of an idealized submarine shows that the established method is effectively applicable to large and complex-shaped underwater targets.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.41
no.1
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pp.54-63
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2005
Detection ranges of acoustic instruments mainly used for fisheries and their research are derived as the range bordered by a certain signal-to-noise ration (SNR) thershold. The SNR is depicted by several factors on transmitting and receiving, sound propagation, scattering by objects, and mainly self-ship noise. The detection ranges are shown for several fisheries instrument, such as echo sounder, quantiative echo sounder, and bio-telemetry system. The results can be used for designing the instruments, examining the capability of user's own instruments, and interpreting obtained data or echograms. Increasing transmitting power is not as effective for high frequencies as for low frequencies to increase the detection range. Comparison of volume backscattering strengths obtained by the quantitative echo sounder at several frequencies should be done within the same detection range. By applying the concept of the detection range for the bio-telemetry receiver beams, the number of the beams and the beamwidths can be determined.
PARK, Junseong;SEO, Young-Il;JANG, Choong-Sik;PARK, Byung-Soo;PARK, Sang-Sik;AN, Young-Su;PARK, Junsu;KANG, Myounghee
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.52
no.2
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pp.111-120
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2016
Acoustic surveys using a scientific echosounder and trawl surveys were concurrently carried out in between Geoje and Tongyeong of the South Sea by season. The anchovy schools were identified by trawling in each station and used for frequency response analysis. Frequency responses of anchovy schools by season and species composition ratio were examined using multi-frequencies (18, 38, 70, 120 and 200 kHz). The frequency response r(f), is one of the acoustic characteristics which means the volume back-scattering strength ratio between a reference frequency and other frequencies. In spring, the r(f) of anchovy schools decreased with increased frequency, with the exception of 120kHz. While, in winter, the r(f) continuously decreased inversely proportional to the increase in frequency. Frequency response of anchovy schools presented a distinctive difference between spring and winter, however it did not different in spife of different species composition ratios in schools.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.3
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pp.275-285
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2003
A visualization study on the effect of forcing amplitude in tone-excited jet diffusion flames has been conducted. Visualization techniques are employed using optical schemes. which are a light scattering photography. Flame stability curve is attained according to Reynolds number and forcing amplitude at a fuel tube resonant frequency. Flame behavior is globally grouped into two from attached flame to blown-out flame according to forcing amplitude: one sticks the tradition flame behavior which has been observed in general jet diffusion flames and the other shows a variety of flame modes such as the flame of a feeble forcing amplitude where traditionally well-organized vortex motion evolves, a fat flame. an elongated flame. and an in-burning flame. Particular attention is focused on an elongation flame. which is associated with a turnabout phenomenon of vortex motion and on a reversal of the direction of vortex roll-up. It is found that the flame length with forcing amplitude is the direct outcome of the evolution process of the formed inner flow structure. Especially the negative part of the acoustic cycle under the influence of a strong negative pressure gradient causes the shapes of the fuel stem and fuel branch part and even the direction of vortex roll-up to dramatically change.
This thesis deals with a method to solve a two-and-one-half-dimensional ($2\frac12$ D) problem, which means that the ocean environment is two-dimensional whereas the source is fully three-dimensionally propagating, including three-dimensional refraction phenomena and three-dimensional back-scattering, using two-dimensional two-way parabolic equation method combined with Fourier synthesis. Two dimensional two-way parabolic equation method uses Galerkin's method for depth and Crank-Nicolson method and alternating direction for range and provides a solution available to range-dependent problem with wave-field back-scattered from discontinuous interface. Since wavenumber, k, is the function of depth and vertical or horizontal range, we can reduce a dimension of three-dimensional Helmholtz equation by Fourier transforming in the range direction. Thus transformed two-dimensional Helmholtz equation is solved through two-way parabolic equation method. Finally, we can have the $2\frac12$ D solution by inverse Fourier transformation of the spectral solution gained from in the last step. Numerical simulation has been carried out for a canonical ocean environment with stair-step bottom in order to test its accuracy using the present analysis. With this spectral parabolic equation method, we have examined three-dimensional acoustic propagation properties in a specified site in the Korean Straits.
In gas hydrate survey, seismic amplitude and frequency characteristics play a very important role in determining whether gas hydrate exists. According to the variation of source frequency and scatterer size, we study seismic amplitude characteristics using elastic modeling applied at staggered grids. Generally speaking, scattering occurs in proportion to the square of source frequency and the scatterer volume, which has an effect on seismic amplitude. The higher source frequency is, the more scattering occurs in gas hydrate bearing zone. Therefore, BSR is hardly observed in high frequencies. On the other side, amplitude blanking zone and BSR is clearly observed in lower frequencies although the resolution is poor as a whole. Seismic reflections traveling through free-gas layer below gas hydrate bearing zone decay so severely a high frequency component that a low frequency term is dominant. Amplitude anomaly of BSR result from high acoustic impedance contrast due to free-gas, which is a very crucial factor to estimate gas hydrate bearing zone. Seismic frequency analysis is carried out using wavelet transform method that frequency component could be decomposed with time variation. In application of wavelet transform to the seismic physical experiments data, we can observe that reflections traveling through air layer, which corresponds to the free-gas layer, decay a high frequency component.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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