음향 메타 물질을 이용한 머플러 최적 설계

Abstract

본 연구에서는 머플러의 투과 소음을 효과적으로 차단하는 음향 메타물질 구조를 제시한다 위상 최적 설계와 형상 최적 설계를 사용하는 기존의 머플러 설계 방법 으로 는 중 고주파 소음 저감 성능을 성공적으로 향상시켜왔지만 저주파 대역에서는 소음 저감 성능을 향상시키기 어려웠다 이 때의 저주파수는 단순 확장방 머플러의 투과손실 에서 첫 번째로 0 이되는 주파수 딥 주파수 이전의 영역을 의미한다 따라서 음향 메타 물질 구 조를 이용하여 저주파 대역에서도 소음을 차단할 수 있는 메타 머플러를 제시 하고자 한다 메타 머플러 단위체 의 설계에 서 단위체의 분산곡선 을 이용한다 소음이 차단되는 주파수 대역에서 분산곡선 의 그래프가 존재하지 않는다는 메타 물질의 특징 을 이용하여 단위체를 설 계한다 단위체의 기본 형상은 공명방 을 이용하여 설 계한다 이 후 추가적으로 더 낮은 주파수 대역에서 소음 저감성능을 향상시키기 위하여 몇 개 의 추가적인 설계를 진행한다 . 이러한 설계 방법들을 이용 하여 음향 특성을 조절하고 목표 소음 주파수 대역이 밴드갭에 포함되도록 단위체의 최적 설계를 진행한다 이 단 위체들이 주기적으로 반복되어 메타 머플러를 형성한다 메타 머플러의 소음 저감 성능 을 검증하기 위해 설계된 머플러에 대해 유한 요소 해석과 음향 실험 결과를 비교 한다