Linear vibration mounts, mainly used to prevent vibration transmission in industrial sites, have the advantage of being easy to design, but have limitation in impact load and low static load bearing capacity. Nonlinear vibration mount can overcome these limitations of the linear vibrating mount, but it is difficult to achieve complete elimination of the specific frequency. Acoustic bandgap can dramatically prevent the propagation of vibrations of a specific frequency, but recent studies on the acoustic bandgap have been focused on a linear structure. In this study, a design of a vibration isolator that simultaneously realize a nonlinear structure and bandgap effect was proposed through the arrangement of periodic materials in a semicircular arched structure. Prototype design, feasibility tests, and design optimization were conducted through numerical analysis and frequency response experiments. From the results, it was confirmed that the periodic material arrangement in an arched structure has a low natural frequency and acoustic bandgap. In addition, it was confirmed that design optimization for the target frequency can be performed through the geometrical design and the material property control.
기계장치의 진동을 흡수하기 위해 주로 사용되는 선형 진동 마운트는 설계하기 용이하다는 장점을 가지고 있지만, 충격에 약하고 정적 하중 지지 능력이 떨어지는 한계점이 있기 때문에 비선형 진동 마운트에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다. 비선형 설계는 선형 진동 마운트의 여러 한계점을 극복할 수 있지만 본질적으로 표적 주파수를 완전히 제거하기 어렵다. 음향 밴드갭을 이용하면 특정 주파수의 진동의 전파를 획기적으로 막을 수 있지만 현재까지 진행된 연구는 직선형 격자 구조를 활용하고 있다. 따라서 본 학위논문에서는 반원형의 아치 구조 내에서 주기적인 물질의 배열을 통해 비선형 구조의 효과와 음향 밴드갭 효과를 동시에 가질 수 있는 진동 마운트에 대한 설계를 제안하였다. 해당 설계에 대한 확인 및 구현 가능성 여부와 설계 최적화를 수치해석 및 주파수 응답 실험을 통해 진행하였다. 그 결과, 아치형 구조가 비선형 강성으로 인해 선형 구조 대비 낮은 고유진동수를 가졌으며, 아치형 구조 내 주기적으로 두 재료를 배열했을 때 음향 밴드갭이 존재함을 확인하였다. 이 결과를 바탕으로 형상 설계 및 재료 물성 조절을 통해 원하는 주파수에 대한 설계 최적화가 가능함을 확인하였다.
