Acoustic black hole (ABH), a relatively new vibration damping technique, is attracting attention due to its potential as lightweight and efficient vibration damper. In the past decades, various research related to ABHs have been conducted, but the study on the effect of length of ABH on the damping performance had not been studied in depth due to practical space limitations. In this thesis, the analysis based on geometrical acoustics shows that increase in length improves the reflection characteristics of ABH very efficiently, and therefore, the curvilinear ABH is proposed to increase the space efficiency of ABH and enhance the damping performance at the same time. As the most basic case of curvilinear ABH, the circular arc ABH of constant curvature is investigated through numerical and analytical study.
Through a numerical method, the damping performance of an arc ABH is investigated in terms of the influences of curvature, arc length, and the damping material treatment. It is numerically shown that the curvature has less of an influence on the damping performance in the mid- and high- frequency ranges. The damping performance is enhanced as the arc length is increased. Adding the damping material to an ABH can also strongly enhance the damping performance while not significantly increasing the weight. In addition, the effective size of the added damping material is investigated.
In the other part of the thesis, we perform a separate analysis of each effect that affects the reflection of the arc ABH to understand the wave behavior of the arc ABH and to potentially design them. Much reflection occurs in the low frequency region when the tip-to-plate thickness ratio increases. It is analytically, and numerically shown that the taper power should be greater or equal to 2 to assure the smooth change of wavelength near the tip of an ABH. When the tip of an ABH is truncated, increasing the loss factor reduced the reflection coefficient of an arc ABH. Furthermore, it is shown that the curvature is influential to the wave behavior only when the frequency range is below a certain critical frequency. Lastly, in order to theoretically analyze the reflection from an arc ABH, the governing equation of the arc ABH is derived based on the classical shell theory as the first step.
비교적 새로운 진동 감쇠 기법인 음향 블랙홀 (ABH)은 경량, 효율적 진동 감쇠 기술로써 의 가능성으로 주목 받고 있다. 음향 블랙홀과 관련된 다양한 기존 연구가 수행 되었지만 실질적 공간 제약으로 인해 음향 블랙홀의 길이가 진동 감쇠 성능에 미치는 영향에 대한 연구는 심도 깊게 수행 되지 않았다. 본 논문에서는 기하 음향 해석을 바탕으로 길이의 증가가 음향 블랙홀의 반사 특성을 매우 효율적으로 향상 시킴을 보이고, 이에 따라 공간 효율성과 우수한 진동 감쇠 성능을 동시에 가지는 곡선 형상의 음향 블랙홀을 제안한다. 이 연구에서는 곡선형 음향 블랙홀의 가장 기초적인 형상인, 일정한 곡률의 원호 형 음향 블랙홀을 수치 및 해석적 방법을 통해 연구를 수행한다.
첫번째로, 수치 해석적 방법을 통해 곡률, 호 길이(arc length), 소산 물질 처리의 영향에 따른 원호 형 음향 블랙홀의 감쇠 성능을 조사한다. 곡률이 중주파수 및 고주파수 대역에서 감쇠 성능에 미치는 영향이 적음을 수치적으로 보이고, 호 길이가 증가함에 따라 감쇠 성능이 향상됨을 보인다. 음향 블랙홀의 끝 단에 소량의 소산 물질을 부착 시 무게를 크게 증가시키지 않으며 진동 감쇠 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 추가적으로, 부착된 소산 물질의 길이, 두께를 조사 한다.
두번째로, 원호 형 음향 블랙홀 내 에서의 파동 거동을 이해하고 이를 설계에 이용하기 위하여 음향 블랙홀의 반사에 영향을 미치는 각 효과에 대한 개별적 분석을 수행한다. 끝 단 대비 평판의 두께 비율이 증가 할 때 에는 낮은 주파수 영역에서 많은 반사가 발생한다. 또한, 해석적, 수치적 방법을 통하여 음향 블랙홀 끝 단 근처에서 완만한 파장 감소를 위해서는 음향 블랙홀의 승 수 가 2 보다 크거나 같아야 한다는 것을 보인다. 음향 블랙홀의 끝 단 절단 시, 손실 계수의 증가에 따라 반사 계수가 감소하는 것을 보이고, 곡률이 특정 임계 주파수 미만일 때 에만 파동의 거동에 영향을 주는 것을 보인다. 마지막으로 원 호형 음향 블랙홀로부터의 반사를 이론적으로 분석하기 위한 첫 단계로써, 고전 쉘 이론을 기반으로 원호 음향 블랙홀의 지배 방정식을 유도한다.
