구조-음향 연성 특성을 고려한 머플러 설계

Abstract

본 연구에서는 구조-음향 연성(Structural-acoustic coupling) 특성을 고려하여 머플러의 소음 저감 성능을 향상시키기 위해 머플러의 겉면을 최적 설계한다. 머플러는 관(duct) 내 유체의 유동 소음을 줄이기 위해 사용하며, 머플러의 소음 저감 성능은 확장방의 음향 특성에 의해 결정되는 투과 손실(Transmission loss, TL) 값에 의해 평가된다. 경우에 따라 머플러 겉면의 진동이 머플러의 음향 특성을 변화시킨다는 것을 실험을 통해 알 수 있었다. 즉, 구조-음향 연성이 확장방의 음향 특성을 변화시키기 때문에 확장방을 감싸는 머플러 케이스의 진동은 투과 손실 값에 크게 영향을 미친다. 이를 이용하여 머플러의 내부 구조를 변경하지 않고 외부 케이스를 적절히 변경하면 관심 주파수 범위에서 머플러의 투과 손실 값을 증가시킬 수 있음을 의미한다. 이를 확인하기 위해 머플러의 겉면을 설계 영역으로 설정한 구조-음향 연성 머플러를 해석 모델로 선정한다. 이후 구조-음향 연성 머플러의 형상 최적화(Shape optimization) 문제를 정식화하고 머플러의 겉면을 최적 설계한다. 이렇게 설계된 구조-음향 연성 머플러를 실제 제작하여 실험을 통해 검증한다.