• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제17권2호
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• pp.175-183
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• 2016

A poroelastic composite material, containing different material phases and filled with fluids, serves as a model to formulate the overall ablative behaviors of such materials. This article deals with the assessment of variation in nondeterministic poroelastic properties of two-phase composite materials using micromechanical representative volume element (RVE) models. Considering the configuration and arrangement of pores in a matrix phase, various RVEs are modeled and analyzed according to their porosity. In order to quantitatively investigate the effects of microstructure, changes in effective elastic moduli and poroelastic parameters are measured via finite element (FE) analysis. The poroelastic parameters are calculated from the effective elastic moduli and the pore-pressure-induced strains. The reliability of the numerical results is verified through image-based FE models with the actual shape of pores in carbon-phenolic ablative materials. Additionally, the variation of strain energy density is measured, which can possibly be used to evaluate microstress concentrations.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2000년도 춘계학술대회논문집A
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• pp.591-595
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• 2000

Sound absorbing characteristics of poroelastic materials is known to be greatly affected by high intensity acoustic waves. However, this effect has not been considered yet. In this study, the extended semilinear model based on Biot's theory for the porous materials and the characteristics of nonlinear waves in poroelastic sound absorbing materials were introduced. The expressions for the finite-amplitude acoustic plane waves were presented. By combining each nonlinear wave with appropriate matching conditions, we could investigate the effects of finite-amplitude acoustic waves on absorption characteristics of poroelastic materials. In the most ideal case considered in this paper, the absorption coefficient was found to become larger than that of linear incident waves. It was shown that the absorption coefficient became greater especially as frequency goes higher and as distance from the source goes larger. These phenomena may be inferred to result from 'dissipation effects due to nonlinearity'. This finding may have important implications for high intensity noise control.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2008년도 추계학술대회논문집
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• pp.728-733
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• 2008

Though multi-panel structures lined with a poroelastic material have been widely used to reduce sound transmission in various fields, most of the previous works to design them were conducted by repeated analyses or experiments based on initially given configurations or sequences. Therefore, it was difficult to obtain the optimal sequence of multi-panel structures lined with a poroelastic material yielding superior sound isolation capability. In this work, we propose a new design method to sequence a multi-panel structure lined with a poroelastic material having maximized sound transmission loss. Being formulated as a one-dimensional topology optimization problem for a given target frequency, the optimal sequencing of panel-poroelastic layers is systematically carried out in an iterative manner. In this method, a panel layer is expressed as a limiting case of a poroelastic layer to facilitate the optimization process. This means that main material properties of a poroelastic material are treated as Interpolated functions of design variables. The designed sequences of panel-poroelastic layers were shown to be significantly affected by the target frequencies; more panel layers were used at higher target frequencies. The sound transmission loss of the system was calculated by the transfer matrix derived from Biot's theory.

• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제3권3호
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• pp.351-366
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• 2016

Macroperforations improve the sound absorption performance of porous materials in acoustic cavities and in waveguides. In an acoustic cavity, enhanced noise reduction is achieved using porous materials having macroperforations. Double porosity materials are obtained by filling these macroperforations with different poroelastic materials having distinct physical properties. The locations of macroperforations in porous layers can be chosen based on cavity mode shapes. In this paper, the effect of variation of macroporosity and double porosity in porous materials on noise reduction in an acoustic cavity is presented. This analysis is done keeping each perforation size constant. Macroporosity of a porous material is the fraction of area covered by macro holes over the entire porous layer. The number of macroperforations decides macroporosity value. The system under investigation is an acoustic cavity having a layer of poroelastic material rigidly attached on one side and excited by an internal point source. The overall sound pressure level (SPL) inside the cavity coupled with porous layer is calculated using mixed displacement-pressure finite element formulation based on Biot-Allard theory. A 32 node, cubic polynomial brick element is used for discretization of both the cavity and the porous layer. The overall SPL in the cavity lined with porous layer is calculated for various macroporosities ranging from 0.05 to 0.4. The results show that variation in macroporosity of the porous layer affects the overall SPL inside the cavity. This variation in macroporosity is based on the cavity mode shapes. The optimum range of macroporosities in poroelastic layer is determined from this analysis. Next, SPL is calculated considering periodic and nodal line based optimum macroporosity. The corresponding results show that locations of macroperforations based on mode shapes of the acoustic cavity yield better noise reduction compared to those based on nodal lines or periodic macroperforations in poroelastic material layer. Finally, the effectiveness of double porosity materials in terms of overall sound pressure level, compared to equivolume double layer poroelastic materials is investigated; for this the double porosity material is obtained by filling the macroperforations based on mode shapes of the acoustic cavity.

• 소음진동
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• 제9권6호
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• pp.1218-1226
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• 1999

In this paper, the extended Biot's semilinear model was developed. Combining the extended Biot model with the dynamic equation yields the nonlinear wave equation in poproelastic sound absorbing materials. Both perturbation and matching techniques are used to find solutions for nonlinear wave equations. By comparing results between linear and nonlinear wave solutions, characteristics of nonlinear waves in poroelastic sound abosrbing materials have been studied. Nonlinear waves were found to be attenuated faster than the linear ones. A maximum amplitude of the nonlinear wave occurred near its surface boundaries and decay quickly with distance from the surface. It has also been found that, if the amplitudes of linear waves are known at the surface boundaries, those of nonlinear ones can be determined. This will be the basis of finding effects of nonlinearity on the absorption coefficient and the transmission loss.

• Composites Research
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• 제25권1호
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• pp.1-8
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• 2012

본 논문에서는 다공성 복합재료의 열탄성 거동 예측을 위하여 미시역학적 유한요소 해석을 통해 기공 탄성 인자를 측정하였다. 먼저 기공 압력에 의한 복합재료의 응력 및 변형 상태를 기술하기 위해서 구성 방정식에 기공 탄성 인자를 도입하였다. 기공 탄성 인자의 산출에 필요한 기공 압력에 의한 팽창 변형도와 기공 형성에 따른 균질화 탄성 계수의 저하를 측정하였다. 기공의 형상, 크기, 배열 형태에 따른 이차원 대표 체적 요소의 모델링과 유한요소 해석을 수행하였다. 기공도, 재료 이 방성이 기공 탄성 인자에 미치는 영향과 기공 압력에 따른 변형 에너지 밀도 분포를 살펴보았다. 또한, 측정된 기공 탄성 인자의 유용성을 검토하기 위하여 탄소/페놀릭 복합재료의 열탄성 거동을 예측하였다.

• 한국음향학회지
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• 제41권4호
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• pp.375-388
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• 2022

본 논문은 다층 다공성 흡음재가 채워진 원통형 소음기의 음향투과손실을 구하는 과정을 다루었다. 다층다공성 흡음재 내부에서 전파되는 파동을 다루기 위해 Biot모델과 Johnson-Champoux-Allard-Lafarge(JCAL) 모델을 이용했다. 소음기 해석에 필요한 경계조건들을 얻었고 그것들을 토대로 수치적으로 모드를 구하는 과정을 설명했다. 얻은 모드들을 이용하여 2층 소음기에 대해 수치적인 실험을 진행했으며 처음 12개의 모드만으로도 음향투과손실이 수렴함을 보였다. 마지막으로 흡음재의 종류를 바꿔가면서 음향투과손실을 계산했고 이를 유한요소법을 이용한 결과와 비교함으로써 본 연구에서 제시한 모드 매칭법의 유효성을 검증했다.

• Composites Research
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• 제29권2호
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• pp.66-72
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• 2016

고온에서 열화학적 분해 현상을 겪는 고분자 기지 복합재료는 기지 내부의 기공도가 급격히 증가한다. 기공의 생성은 재료의 탄성 계수와 파손 강도를 감소시키며, 기공 내부의 가스 압력은 재료의 열기계적 거동에 영향을 준다. 본 논문에서는 기지 내부에 많은 기공이 포함된 일방향 섬유 강화 복합재료의 이차원 대표 체적 요소를 설정하고 유한요소 해석을 수행하였다. 이를 통해 기공 상태에 따른 복합재료의 유효 탄성 계수, 기공 탄성 계수, 파손 강도 등을 산출하였다. 특히, 기지 재료의 특성에 많은 영향을 받는 섬유 수직 방향의 파손 강도가 원래 기지 강도보다 현격히 낮게 산출되며, 기공도가 증가함에 따라 지속적으로 떨어지는 경향을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권2호
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• pp.92-98
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• 2017

열분해 현상을 겪는 고분자 복합재료의 내부에서는 기공이 형성되며, 이는 열기계적 거동에 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 기공이 형성된 복합재료의 분층형 삼차원 유한요소 모델을 개발하고 이를 이용하여 기공 탄성 및 파손 해석을 수행하였다. 유한요소 모델의 삼차원 확장 효과와 기공이 복합재료 내부에 미치는 영향을 확인하기 위하여 분층수와 기공도에 따른 분층형 유한요소 모델을 사용하였다. 해석 결과로서 유효 탄성 계수 및 기공 탄성 계수는 기공도가 0.5까지 증가함에 따라 최대 74.0%, 442.1%, 분층 수가 5까지 증가함에 따라 최대 98.7%, 37.2% 차이를 보였다. 또한, 초기 및 최종 파손 강도는 기공도에 따라 최대 88.2%, 90.0%, 분층에 따라 최대 87.5%, 171.8%까지 감소함을 확인하였다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제14권1호
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• pp.105-115
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• 2011

유체를 포함하는 혼합 매질에서의 탄성파 고유 감쇠에 대한 다양한 메커니즘 중, 탄성파 전파 시 고체와 유체 사이에서의 상대적 운동은 가장 중요한 감쇠 메커니즘 중의 하나이다. 선행 연구에서는 얼음의 미세 공극 안에 존재하는 소금물이 초음파의 전파에 미치는 영향을 분석하기 위하여 얼음과 소금물이 공존하는 매질에서 초음파 전파 실험하였다. 부분적으로 동결된 소금물에서 각기 다른 온도에서의 초음파 감쇠의 물리적인 메커니즘을 350 ~ 600 kHz의 주파수 대역에서 규명하기 위하여, Biot 이론에 입각한 다공성의 탄생 모델을 도입하여 초음파의 전파를 측정하였다. 고체상은 얼음으로, 액체상은 소금물로 가정한 뒤 펄스 핵자기공명기술로 측정한 유체의 성질을 이용하여 각각의 온도에서의 공극률을 계산한 결과, 실험으로 측정한 감쇠값은 500 kHz에서 계산된 고유 감쇠값과 다르게 나타났으며 이는 squirt -flow 메커니즘과 파의 산란 효과와 같은 다른 감쇠 메커니즘도 고려해야 한다는 것을 의미한다.