유체 충전 이중 채널 구조를 갖는 내압형 TPMS 수중 흡음 메타물질

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확장요약문

수중 흡음 구조는 음파를 효과적으로 소산시키는 동시에, 수심에 따른 정수압을 견딜 수 있어야 한다. 삼중주기 극소곡면(TPMS) 시트 구조는 하나의 연속된 벽면이 공간을 서로 맞물린 두 개의 독립 채널로 나눈다. 본 연구는 이 두 채널이 기하학적으로 대등하면서도 서로 분리되어 있다는 점에 주목하여, 각 채널을 서로 다른 유체로 채운 이중 채널 TPMS 구조를 제안한다. 채널 내부를 유체로 충전하면 외부 압력에 대해 벽면을 지지할 수 있어 내압 구조로서의 활용이 기대된다. 자이로이드를 비롯한 여러 TPMS 형상에 대해 유체-구조 연성 분산 해석을 수행하고, 탄성파 전파 특성을 비교·분석한다. 기존 TPMS 기반 음향·탄성파 메타물질 연구는 주로 형상 변수를 조절해 밴드갭을 설계하는 데 초점을 맞추었다. 이와 달리 본 연구는 각 형상의 구조를 고정하고, 두 채널 사이의 유체 물성 대비만을 변수로 삼았다. 자이로이드 구조에 대한 해석 결과, 유체 대비는 뚜렷한 밴드갭을 여는 방식으로 작용하지 않았다. 대신 밴드의 순서와 교차 양상 등 분산 곡선의 구조 자체를 재배열하는 경향을 보였다. 이는 서로 맞물린 개방형 채널 구조에서 벽면이나 기하 형상보다 채널 간 유체 대비가 파동 거동을 좌우하는 핵심 인자가 될 수 있음을 시사한다. 나아가 채널 연결성과 대칭성이 다른 TPMS 형상 간 비교를 통해 이러한 경향의 일반성과 형상 의존성을 검토하고, 유체 대비를 이용한 수중 흡음 특성 조율 가능성을 논의한다.