수치 응답을 활용한 계측 기반 진동 및 방사소음 예측의 성능 향상

키워드

확장요약문

선박 방사소음의 상시 모니터링에 구조 진동 신호를 활용하기 위해서는 소수의 계측 응답으로부터 구조 전반의 진동 분포 및 외부 방사 소음을 추정하는 기술이 필요하다. 본 연구에서는 선체 구조를 모사한 축소 모형을 대상으로 측정 데이터와 수치해석 응답을 결합한 진동 및 방사소음 예측 모델을 구축하고, 데이터 결합 방식과 수치 응답 데이터의 수에 따른 예측 정확도를 평가하였다. 임팩트 해머 및 가진기 시험으로 구조 진동을 계측하고, 가진기 시험에서 방사소음을 함께 측정하였으며, 동일 구조의 구조–유체 연성 유한요소해석을 통해 진동·음향 응답을 확보하였다. 측정·해석 응답에 적합직교분해(Proper Orthogonal Decomposition) 를 적용하여 공간 기저를 추출하고, Fig. 1과 같이 27개 지점의 가속도 신호로부터 기저 계수를 추정하여 구조 표면 513개 지점의 진동과 외부 273개 지점의 방사소음을 예측하였다. 유사 역행렬을 이용한 전달률을 순차 적용하는 방법 및 진동/음향 응답의 기저를 추출하는 방법의 예측 성능을 검토하였다. 진동장 복원 후 음향 전달률을 적용하는 경우 공간 평균 방사소음 레벨 오차는 협대역과 1/3 옥타브 대역에서 4.7 dB와 2.1 dB로 나타났다. 또한 모델 구축에 사용하는 측정 데이터의 가진 위치 수를 4개로 유지하고 해석 데이터의 가진 위치 수를 증가시켰을 때, 해당 방법의 방사소음 평균 예측 오차가 감소하는 경향을 확인하였다. 이를 통해 제한된 측정 데이터에 기반한 진동 및 방사소음 예측 성능을 수치 응답 데이터의 증가를 통해 향상시킬 수 있음을 확인하였다.