Noise & Vibration
- Transfer Path Analysis
전달 경로 분석(transfer path analysis, TPA)이란 기계 시스템의 소음 및 진동의 전달 경로를 이해하고자 가진원 · 소음원(source)으로부터 응답 지점(receiver)까지의 에너지 전달을 정량화하고 상관관계를 규명하는 방법이다. TPA는 트랙터, 자동차, 항공기 등의 여러 모빌리티 분야에서 소음 및 진동 문제를 해결하는 데 중요한 도구로 사용된다. TPA를 통하여 다양한 source와 전달 경로를 파악하고, receiver의 소음 및 진동에 영향을 미치는 source를 선별하며, 문제가 되는 source와 경로의 특성을 개선하는 방법을 모색한다. 시뮬레이션과 실험을 통해 소음 및 진동의 저감 대책을 마련하여 기여도가 높은 경로를 집중적으로 개선함으로써 효율적인 소음 및 진동 저감을 달성한다.
본 연구실에서는 TPA를 통한 트랙터 캐빈의 진동 경로 전달 모델 개발 및 작업별 하중 분포특성 분석에 관한 연구를 수행하고 있다.
• 트랙터 캐빈 마운트 지점(source)과 시트(receiver)의 Vibro-Acoustic FRF를 통한 TPA 모델 개발 • 변속 단수 및 작업 종류(고속 주행, 쟁기, 로터리 등)에 따른 각 지점에서의 응답 측정 • 작업 종류에 따른 각 지점의 차단력 및 접촉력 하중 스펙트럼 분석 |
[Overview of transfer path analysis]
[Schematic of transfer path analysis]
[Result of transfer path analysis]
- Dynamic Substructuring : FBS(Frequency Based Structuring)
부분 구조 합성법(dynamic substructuring, DS)은 다양한 요소들로 구성되어 있는 복잡한 기계 시스템의 동적 거동을 서브 시스템 단위의 해석 및 시험 결과를 통해 도출하는 기법으로, 시스템의 소음 및 진동 성능을 예측하기 위해 필수적이다. 이를 통해 복잡한 모델의 서브 시스템을 축소 모델(super-element)의 형태로 반영하여 해석 시간을 대폭 감소시키며, 서로 다른 엔지니어 그룹 간의 정보 교환을 용이하게 하므로 공용화 · 모듈화된 모빌리티 설계 플랫폼 시스템에 적용할 때 그 효과가 극대화된다. DS 기법 중 하나인 주파수 응답 함수 합성법(frequency-based substructuring, FBS)은 주파수 도메인에서 각 서브 시스템의 개별적인 주파수 응답 함수(frequency response function, FRF)와 경계 모델(interface model)의 동특성을 분석하여 전체 시스템의 동적 거동을 예측하는 기법으로, TPA 기반의 부분 구조 모델에 매우 적합하다.
본 연구실에서는 BFTPA(blocked force TPA, 차단력 기반 전달 경로 분석)와 FBS 기법을 이용한 가상 모델 구성을 통해 트랙터 캐빈 실내 소음 저감에 관한 연구를 수행하고 있다.
[Overview of dynamic substructuring and domain decomposition]
[Coupling of two general substructures]
- Vibro-Acoustic Optimization & Noise Reduction
하이브리드 FBS 모델은 실제 시험 결과(차단력, 가진 시스템 국부 강성, 경계 동강성 등)와 해석 모델(캐빈 구조, 실내 음장 등)이 결합된 모델이다. 하이브리드 FBS 모델을 통해 구조-음향 연성계(vibro-acoustic coupled system)를 구성하여 실내 소음을 해석하고 검증한다. 나아가 캐빈 실내 소음에 큰 영향을 미치는 캐빈의 주요한 설계 변수를 분석 및 선정하고, 해당 설계 변수를 이용하여 캐빈 실내 소음을 최소화하기 위한 최적 설계를 수행한다.
본 연구실에서는 실제 트랙터 캐빈의 구조 및 실내 음장에 대한 구조-음향 FE 수치 모델과 고무 마운트의 동강성, 가진 시스템의 국부 강성, BFTPA를 통한 차단력 등의 시험 결과를 바탕으로 하이브리드 FBS 모델을 구성하여 구조-음향 해석을 수행하고 있다. 또한, 캐빈 실내 소음에 큰 영향을 미치는 설계 변수를 최적화 변수로 선정하여 캐빈 구조 최적화를 통한 소음 및 진동 저감 프로세스를 진행하고 있다.
[Finite element model of tractor cabin structure]
[Structure of hybrid FBS model for vibro-acoustic analysis]