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내부 액체와 코팅층의 진동에 의한 국부 공진 탄성 메타물질
대표 URL https://doi.org/10.1016/j.jsv.2019.115102
작성자 관리자 게시일 2020.12.23 조회수 77

내부 액체와 코팅층의 진동에 의한 국부 공진 탄성 메타물질

 

최근 유효물성을 설계하여 특정 대역에서 밴드갭을 통한 진동 흡수 성능을 보이는 탄성 메타물질에 대한 여러 연구가 진행되고 있다. 보다 작은 스케일로 저주파 대역 밴드갭을 구현하기 위해 단위구조의 국부 공진을 이용하게 되는데 이는 밴드갭의 폭이 매우 좁다는 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기위해 다양한 방법론이 제시되고 있다. 중국 시안 자오통 대학의 Yue-ming Li 교수 연구팀은 굽힘 변형에 대해 저주파 대역에서 넓은 밴드갭을 갖는 유체와 구조의 간섭을 이용한 탄성 메타물질을 제안했다. 제안된 메타구조는 속이 빈 구조 내부에 물이 가득 차 있고 구조의 위아래 면을 얇은 층으로 코팅한 단위구조를 갖는다. 이때 얇은 코팅층은 측면 구조물 보다 상대적으로 낮은 굽힘 강성을 갖고 있어 측면 구조물은 강체의 거동을 갖고 내부 물이 매스, 얇은 코팅층이 스프링 역할을 수행하게 된다. 연구팀은 먼저 해당 단위구조의 이론모델을 통해 유효질량과 밴드갭을 계산하였는데 해당 구조는 내부 물에 용질을 용해시켜 유체의 밀도를 높게 할 경우 밴드갭이 낮아지며 넓어지게 된다. 또한 코팅층의 두께를 얇게할수록 밴드갭이 낮아지는 것 역시 확인했다. 연구팀은 제안된 메타구조의 밴드갭을 수치해석과 실험을 통해 검증하였고 이론과 매우 유사한 결과를 확인하였다. 소개된 연구는 저주파 대역에서 광대역 진동 조절 성능이 요구되는 응용분야에서 효과적인 기술이 될 것으로 기대된다.

 

출처: Wu, L., Geng, Q., & Li, Y. M. (2020). A locally resonant elastic metamaterial based on coupled vibration of internal liquid and coating layer. Journal of Sound and Vibration468, 115102.

[담당자: 이재화(jaehwalee@kimm.re.kr, 7462)]

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