석사학위 논문  (2017년 2월   숭실대학교 대학원 기계공학과  황 정 길, 지도교수 김 진 오)

 

유체 내의 봉의 단면에 따른 굽힘 진동 특성

Bending Vibration Characteristics of a Rod in Fluid According to Cross Section

 

[국문초록]

   봉의 굽힘 진동을 이용하는 레벨스위치 센서의 민감도를 조절하는 설계가 필요하다. 본 논문은 봉의 단면형상에 따른 유체 내의 굽힘 진동 특성을 다룬다. 오일러-베르누이 보 이론을 토대로 봉의 굽힘 진동을 해석하여 고유진동수를 표현하였다. 원형 단면과 타원형 단면의 봉에 대해서 비회전 유동의 속도포텐셜과 유동함수를 구하여 유체에 의한 부가질량 효과를 유도하였고, 부가질량 효과에 의한 고유진동수 감소를 계산하였다. 유한요소해석으로 고유진동수와 모드형상을 구하였고 원형과 사각형의 단면 형상 봉 주변의 속도페텐셜 분포를 구하여 부가질량 효과를 계산하였다. 원형과 직사각형 단면 형상의 봉 시편을 사용하여 모드형상 측정 실험을 하여, 공기중과 유체 내에서의 고유진동수를 측정하고 해석 결과를 검증하였다.

   굽힘 진동하는 외팔보의 단면 형상에 따른 유체 부가질량 효과를 파악한 결과 진동에 수직 방향 단면의 폭이 클수록 단위 면적당 유체 부가질량 효과가 커서 유체에 잠길 때 고유진동수 감소가 크다. 또한, 원형 단면에 비해서 정사각형 단면의 봉이 주변 유체에 더 민감하다.

 

[목 차]

1. 서 론

2. 이론적 해석

    2.1 봉의 굽힘 진동

    2.2 유체의 부가질량 효과

3. 유한요소해석

    3.1 봉의 굽힘 진동

    3.2 유체의 부가질량 효과

4. 실 험

    4.1 공기중 고유진동수 및 모드형상

    4.2 수중 고유진동수

5. 결 론