선형 공진 액추에이터 가진에 따른 콘크리트 구조물의 진동응답 특성에 관한 유한요소해석

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확장요약문

건축 구조물에 진동 가진이 발생할 경우 가진원의 특성뿐 아니라 구조물의 형상, 경계조건 및 고유진동 특성에 따라 진동 전달 경로와 위치별 응답이 달라질 수 있다. 본 연구에서는 LRA 를 구조물의 가진원으로 활용하여 콘크리트 구조물에 전달되는 진동의 위치별 및 주파수별 응답 특성을 유한요소해석으로 분석하였다.

해석을 위해 면적 약 25 m², 높이 2.4 m 의 콘크리트 구조물을 모델링하고 액추에이터는 천장 슬래브의 지정 위치에 가진원으로 적용하였다. 먼저 AMS 기반 고유치 해석으로 고유진동수를 도출한 후 Modal Dynamic 해석을 통해 시간에 따른 가속도 응답을 계산하였다. 구조물의 서로 다른 6 개 위치에서 0~1.0 s 구간의 가속도를 0.001 s 간격으로 추출하였으며, RMS 와 FFT 를 이용하여 위치별 진동 수준과 주파수 성분을 비교하였다. 고유치 해석 결과는 Table1 과 같이 나타났으며, 위치별 응답에서는 Point 3 의 RMS 가속도가 1005.4 mm/s²로 가장 크게 나타났고 Point 6 은 47.6 mm/s²로 가장 작아 약 21 배의 차이를 보였다. 또한 FFT 결과 대부분의 위치에서 약 49 Hz 대역의 성분이 지배적으로 확인되었으며, 이는 2 차 고유진동수 49.16 Hz 와 근접하였다. 일부 평가 위치에서는 약 54 Hz 및 63 Hz 부근의 성분도 나타났으며, 이들 주파수는 고유진동수 54.27 Hz 및 63.28 Hz 와 근접하였다. 위치별 응답 차이와 모드 형상 간의 관계는 영향을 미칠 것으로 판단되며 이에 대한 추가 검토가 필요하다.

본 해석에서는 적용한 가진 조건에서 콘크리트 구조물의 위치별 RMS 가속도를 정량적으로 비교하고, 가속도 응답의 주파수 성분을 분석하였다. 본 해석의 결과는 층간소음의 음압레벨이나 능동소음제어 성능을 직접 의미하지 않는다. 향후 천장 슬래브의 크기와 가진 위치를 변화시켜 고유진동수 및 진동응답을 비교하고, 주요 주파수 성분 및 위치별 RMS 가속도 분포를 실제 측정 결과와 해석결과를 비교하여 타당성을 검토하고자 한다.