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전원주 교수 연구팀, ‘음향 블랙홀’ 내 탄성파 거동의 엄밀한 수학적 이론 정립

관리자 2019.09.17

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기계공학과 전원주 교수 연구팀(멀티스케일 파동역학 연구실)이 ‘음향 블랙홀(Acoustic Black Hole)’ 내의 탄성파 거동을 기술하는 엄밀한 수학적 이론을 정립하였습니다. 이는 러시아 물리학자 Mikhail Mironov에 의해 제안된 음향 블랙홀의 근사 이론이 수립된 지 31년 만의 일입니다.

연구팀은 음향 블랙홀 내 탄성파의 거동이 특수함수의 한 형태인 ‘일반화된 초기하 함수(generalized hypergeometric function, 0F3)’를 따른다는 것을 밝혔으며, 유도된 엄밀해를 이용하여 음향 블랙홀 내의 진동장 및 음향 블랙홀의 반사 계수를 정확하게 계산함으로써 새로운 진동 감쇠 기술로 주목받고 있는 음향 블랙홀의 해석과 설계에 활용 가능한 이론적 토대를 마련하였습니다.

또한, 오일러(Euler), 가우스(Gauss), 리만(Riemann) 등에 의해 연구되었던 ‘초기하 함수’의 일반화된 형태가 역학적 파동 현상이나 공학적 진동 문제에서 나타나는 구체적인 사례를 보인 연구이기도 합니다.

이재연 학생(박사과정)이 제1저자로 참여한 이번 연구는 음향 진동 분야의 권위 있는 국제학술지인 Journal of Sound and Vibration에 게재되었습니다.1)

앞서 연구팀에서는 진동 감쇠 성능은 유지하면서도 공간 효율성을 증대시킨 ‘아르키메데스 나선형 음향 블랙홀’을 미국음향학회지(The Journal of the Acoustical Society of America)에 발표하여 진동 감쇠 및 탄성파 흡수의 새로운 솔루션을 제시하였으며2), 최근에는 Wire EDM(방전가공)을 이용한 제작과 실험을 통해 그 성능을 입증함으로써3) 산업 기술로의 적용을 위한 연구를 병행하고 있습니다.

 

- 논문정보

1) J.Y. Lee and W. Jeon, Exact solution of Euler-Bernoulli equation for acoustic black holes via generalized hypergeometric differential equation, Journal of Sound and Vibration, Vol. 452, pp. 191-204 (Jul. 2019)
2) J.Y. Lee and W. Jeon, Vibration damping using a spiral acoustic black hole, The Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 141, No. 3, pp. 1437-1445 (Mar. 2017)
3) S. Park, M. Kim and W. Jeon, Experimental validation of vibration damping using an Archimedean spiral acoustic black hole, Journal of Sound and Vibration, online published (Jul. 2019)