석사학위 논문  (2010년 2월   숭실대학교 대학원 기계공학과  김 태 언, 지도교수 김 진 오)

 

경계면에서 탄성파의 굴절과 에너지 투과율

Refraction and Energy Transmission of Elastic Waves at Interfaces

 

[국문초록]

   본 논문은 중앙센서와 측면센서로 구성된 다회선 초음파 유속 센서에서 발생하는 탄성파의 굴절과 에너지 투과율에 관한 연구이다.

   외벽 부착식 초음파 유속 센서 중 중앙센서의 경우, 단위 면적 당 파동 에너지 율을 진동속도와 응력의 곱으로 계산하여 에너지 반사율과 투과율을 유도하였다. 수치해석을 통해, 종파로 입사한 탄성파는 횡파로만 투과되는 모드전환이 발생함을 확인하였다. 실험에서는 얇은 원판에서 발생된 Lamb 파로 인한 탄성파의 에너지 투과율이 가장 큰 입사각을 파악하였다. 두꺼운 판에서는 입사각이 증가함에 따라 에너지 투과율이 감소하는 것을 검증하였다.

   측면센서의 경우, 축 방향 단면과 반경 방향 단면에서 동시에 굴절이 발생하므로, 각 단면의 경계면에서 입사각과 굴절각을 구하였다. 축 방향 단면에서는 모드전환이 발생하고, 반경 방향 단면에서는 경계면에서 탄성파가 투과되지 않는 입사각을 파악하였다. 유한요소 해석으로 반경 방향 단면에서 탄성파가 유체 내로 전파하는 경로를 확인하였다. 유한요소 해석 결과를 실험을 통해 검증하고, 탄성파가 표면파와 유체 내에서 전파하는 경로를 확인하였다.

 

[목 차]

1. 서 론

2. 이론적 해석

    2.1 파동에너지 굴절 해석

    2.2 3차원 굴절 해석

3. 수치 해석

    3.1 파동에너지 투과율 계산

    3.2 굴절각 계산 및 유한요소 해석

4. 실 험

    4.1 평판에서 에너지 투과

    4.2 파이프에서의 굴절

5. 결 론