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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김정태
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 홍익대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수24
이 논문의 연구 히스토리 (8)
2020
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바닥충격음 저감 방안으로 표준바닥구조와 인정바닥구조 시험이 통합되어 의무화되고 있으며, 표준바닥구조 성능평가에는 시편 제작 및 시험에 많은 비용이 발생되고 있다. 본 연구에서는 설계 단계에서 공학적 해석기법을 활용하여 바닥충격음을 예측하고, 표준바닥구조의 성능을 평가하는 방법을 제시하였다.
바닥충격음 해석에 시용되고 있는 유한요소기법은 저주파대역의 소음을 분석하기에는 용이하나 중, 고주파 대역의 소음해석에는 많은 시간이 요구된다. 반면, 통계적 에너지 해석기법은 중, 고주파 대역에서는 소음해석이 용이하나 저주파 대역의 신뢰성 확보에는 한계점이 존재한다. 본 연구에서 제안된 바닥 충격음 해석 기법은 통계적 에너지 해석기법(SEA)과 유한요소기법(FEM)의 단점을 상호 보완하여 개발한 SEA-FEM 하이브리드 해석방법이다.
SEA-FEM 하이브리드 해석방법은 바닥충격음 발생 메커니즘을 고려하였다. 바닥충격음은 구조물의 진동 현상이 방사되는 닫힌 공간의 소음현상이므로 구조물의 진동 응답을 통해 분석 가능하다. 충격가진점에 있는 수음실 천정부 구조(바닥 슬라브)의 소음 방사 기여도가 가장 높았으며, 바닥 슬라브의 진동값인 가속도 응답에 대한 예측이 정확하면 신뢰성 있는 바닥충격음 예측이 가능하게 된다. 따라서 제안된 해석기법은 다음과 같이 두 단계에 걸쳐 해석을 수행한다. 1 단계에서 천정부의 진동을 예측하는 과정은 FEM을 사용한다. 바닥충격음 발생 기여도는 높으면서 모드 밀도가 낮아, SEA 예측이 어려운 천정부는 유한요소기법을 적용해 구조적 진동현상을 해석한다. 2 단계에서 벽체 등 서브시스템 구조는 SEA 기법을 적용하여 충격원에 대한 진동에너지 전달을 예측한다. 벽체로 전달된 진동원은 복잡한 구조물의 전달과정에서 에너지 손실값인 내부/연성손실계수(CLF)을 감안하여 각 서브시스템 진동특성을 도출한다.
바닥충격음 예측에 적용한 결과, 신뢰도는 실험값 대비 5 dB 범위내의 오차범위를 가지고 있는 것으로 도출되었으며, 해석에 소요되는 시간은 FEM 대비 30 % 시간이 소요되었다.
본 연구에서 제안된 해석기법은 측정 결과와 연동이 가능하며, 표준바닥구조 인정을 위한 성능평가 시 천정부 진동 응답 특성에 대한 측정이 이루어질 경우, 해석 결과의 신뢰성을 향상 시킬 수 있을 것으로 판단된다.
바닥충격음 해석에 시용되고 있는 유한요소기법은 저주파대역의 소음을 분석하기에는 용이하나 중, 고주파 대역의 소음해석에는 많은 시간이 요구된다. 반면, 통계적 에너지 해석기법은 중, 고주파 대역에서는 소음해석이 용이하나 저주파 대역의 신뢰성 확보에는 한계점이 존재한다. 본 연구에서 제안된 바닥 충격음 해석 기법은 통계적 에너지 해석기법(SEA)과 유한요소기법(FEM)의 단점을 상호 보완하여 개발한 SEA-FEM 하이브리드 해석방법이다.
SEA-FEM 하이브리드 해석방법은 바닥충격음 발생 메커니즘을 고려하였다. 바닥충격음은 구조물의 진동 현상이 방사되는 닫힌 공간의 소음현상이므로 구조물의 진동 응답을 통해 분석 가능하다. 충격가진점에 있는 수음실 천정부 구조(바닥 슬라브)의 소음 방사 기여도가 가장 높았으며, 바닥 슬라브의 진동값인 가속도 응답에 대한 예측이 정확하면 신뢰성 있는 바닥충격음 예측이 가능하게 된다. 따라서 제안된 해석기법은 다음과 같이 두 단계에 걸쳐 해석을 수행한다. 1 단계에서 천정부의 진동을 예측하는 과정은 FEM을 사용한다. 바닥충격음 발생 기여도는 높으면서 모드 밀도가 낮아, SEA 예측이 어려운 천정부는 유한요소기법을 적용해 구조적 진동현상을 해석한다. 2 단계에서 벽체 등 서브시스템 구조는 SEA 기법을 적용하여 충격원에 대한 진동에너지 전달을 예측한다. 벽체로 전달된 진동원은 복잡한 구조물의 전달과정에서 에너지 손실값인 내부/연성손실계수(CLF)을 감안하여 각 서브시스템 진동특성을 도출한다.
바닥충격음 예측에 적용한 결과, 신뢰도는 실험값 대비 5 dB 범위내의 오차범위를 가지고 있는 것으로 도출되었으며, 해석에 소요되는 시간은 FEM 대비 30 % 시간이 소요되었다.
본 연구에서 제안된 해석기법은 측정 결과와 연동이 가능하며, 표준바닥구조 인정을 위한 성능평가 시 천정부 진동 응답 특성에 대한 측정이 이루어질 경우, 해석 결과의 신뢰성을 향상 시킬 수 있을 것으로 판단된다.
목차
제１장 서 론 1제 1 절 연구 개요 11. 연구 배경 12. 연구 목적 및 범위 9제 2 절 바닥충격음 해석 방법: Vibro-Acoustic Analysis 151. 통계적 에너지 해석기법 152. 유한요소기법 263. FE-SEA 하이브리드 해석 31제２장 바닥충격음의 발생 메커니즘 분석 34제 1 절 바닥충격음 측정 341. 목업의 제원 및 바닥충격음 측정 방법 342. 바닥충격음 측정 결과 383. 가속도 측정 결과: 중량 충격음 40제 2 절 전산해석을 이용한 바닥충격음 예측 441. 바닥충격음 해석 모델 구성 442. 바닥충격음 예측 및 신뢰성 검증 46제 3 절 바닥충격음의 기여도 분석 481. 구조물의 소음 발생 기여도 482. 표준바닥구조의 완충재 623. 음향 모드(룸 모드) 74제 4 절 바닥충격음 발생 메커니즘 고찰 86제３장 SEA-FEM 하이브리드 해석 방법 89제 1 절 구조물의 모드밀도 891. 연구 대상 목업의 제원 892. 구조물의 모드 밀도 측정 91제 2 절 구조물의 내부손실계수 951. 시험 시편 제작 952. 건설재료의 내부손실계수 측정 결과 98제 3 절 구조물의 연성손실계수 1011. 연성손실계수: 구조-구조 1012. 연성손실계수: 구조-음향공간 109제 4 절 전산해석을 이용한 충격음 예측 1141. SEA-FEM 하이브리드 해석 방법 1142. 건축물의 진동 특성 1193. SEA-FEM 하이브리드 해석 방법 적용 124제 5 절 SEA-FEM 하이브리드 해석 방법 적용: 표준바닥구조 131제 6 절 SEA-FEM 하이브리드 해석 방법 고찰 133제４장 결 론 135참고문헌 138APPENDIX A: 해외 바닥충격음 관련 기준 151APPENDIX B: 건설재료의 물성 측정 1551. 배경 이론 1552. 건설재료의 물성 측정 1603. 완충재의 동탄성계수 측정 165ABSTRACT 169
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