얇은 판에 수직으로 입사되는 자유 낙하 물방울에 의한 음향 방사

Abstract

빗방울의 충돌에 의한 구조물의 방사 소음은 건축 음향 분야에서 연구되고 있으며, 그 측정법은 표준화된 바 있다. 빗방울 충돌 소음은 건물의 지붕이나 자동차의 천장에서 들을 수 있다. 이러한 빗방울 충돌 소음을 해석하기 위해서, 빗방울 충돌에 관한 동역학, 충돌 구조물의 응답 및 내부 공간에서의 소음 형성 등이 연구되어야 한다. 앞서 언급한 연구 분야의 관점으로부터, 본 연구에서는, 얇은 판에 자유 낙하하는 물방울 충돌에 따른 충격력을 모사하기 위한 연구가 수행되었다. 우선, 강체 바닥 위에 단일 빗방울에 의한 충격력에 관하여 연구하였으며, 실험값과 일치하도록 Petersson의 물방울 충돌 모델을 개선하였다. Petersson의 물방울 충돌 모델을 개선하기 위해, 2 단계 물방울 충돌 모델이 제안되었고, 이 모델은 유동 구간과 더불어 충돌 구간까지 고려되었다. 충돌 구간과 유동 구간은 각각 그 물리적 특징이 완전히 다르지만, 충돌 구간에서의 충격력을, 질량 소실 과정으로 설명되는 유동 구간의 역학과 연계하여 유도하였다. 본 연구에서 제안된 새로운 물방울 충돌 모델은 등가 구형의 물방울에서의 반경 및 물방울의 높이나 폭과 같은 기하 변수와의 관계를 고려하여 제안되었다. 그 결과, 본 연구에서 제안된 α-모델이 시간역 및 주파수역에서 모사 능력이 가장 우수하였다. 또 다른 제안된 충돌 모델인, β-모델과 γ-모델도 본 실험의 물방울의 충돌 속도와 크기의 범위 내에서, 충격력의 최대값의 예측 등의 측면에서 각각 장단점을 가지고 있었다. 입사된 물방울에 의해 가진된 단순 지지 조건의 철판의 방사 소음은 제안된 물방울 충돌 모델로부터 계산된 충격력을 적용하여 Rayleigh 적분식을 이용하여 모사되었다. 제안된 모델에 의한 충격력과, 측정된 평판의 단위 충격 응답 함수의 컨벌루션 적분을 통해 예측된 소음과 실측된 물방울 충돌에 의한 소음을 서로 비교하였고, 비교적 잘 일치하였다.