This study aims at reducing the vibration in beams and plates using curved acoustic black holes (ABHs) whose baselines are curved to save the space occupied by the ABHs while maintaining the vibration-damping performance of straight ABHs. The exact solution of wave motion in straight ABHs with arbitrary exponents is derived and it is utilized to determine the cut-on frequency. In addition, the exact solution is used for analysis of the wave motion in an ABH supported by an impedance support. Then, the coupled differential equations of wave motion in curved ABHs are formulated and the cut-on frequencies are determined by solving them. It is shown that there is a trade-off relationship between a compact design and a low cut-on frequency. Furthermore, a spiral ABH-based waveguide absorber (WGA) is proposed to suppress the vibration in plates with light weight and compact space, and the damping performance is investigated experimentally by measuring the mobility of a fluid-filled box structure with optimized WGAs.
본 연구에서는 기존의 직선형 음향 블랙홀의 우수한 진동 감쇠 성능을 유지하면서도 블랙홀이 차지하는 공간을 줄이기 위해 바닥면의 형상에 곡률을 부여한 곡선형 음향 블랙홀을 이용해 빔과 플레이트의 진동을 저감하고자 한다. 음향 블랙홀의 컷온(cut-on) 주파수를 고려하여 형상 설계를 하기 위해, 임의의 지수(m≥2)를 가지는 직선형 음향 블랙홀 내 탄성파 거동의 엄밀해를 유도하고 이를 활용하여 기존에 시행착오로 도출되었던 컷온 주파수를 빠르고 정확하게 도출한다. 또한, 이를 임피던스 지지대로 지지된 음향 블랙홀 내 파동 거동을 분석에도 활용한다. 곡률이 있는 음향 블랙홀 내의 탄성파 거동을 해석할 수 있는 연립 미분방정식을 수립하여 곡선형 음향 블랙홀의 컷온 주파수를 도출한 후, 곡률 및 나선 간격이 컷온 주파수에 미치는 영향을 정량적으로 분석함으로써 컴팩트한 설계와 낮은 컷온 주파수 사이의 trade-off 관계를 고찰한다. 플레이트 표면의 진동을 적은 무게와 컴팩트한 공간으로 감쇠하기 위한 나선형 음향 블랙홀 기반의 도파로 흡수 장치를 제안하고, 음향 블랙홀의 컷온 주파수와 플레이트의 구조적 인텐시티 분석을 바탕으로 최적의 도파로 흡수 장치를 제작하여 축소 모형 박스에 부착함으로써 진동 감쇠 성능을 실험적으로 분석한다.
