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학술연구

기성 기계 부품 기반 가변 밴드갭 국부공진 메타물질의 설계
Design of a Locally Resonant Metamaterial with Tunable Bandgap Using Off-the-Shelf Mechanical Components

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  • 발행기관
    한국기계항공기술학회(구 한국기계기술학회) 바로가기
  • 간행물
    한국기계항공기술학회지(구 한국기계기술학회지) KCI 등재 바로가기
  • 통권
    제28권 제2호 (2026.04)바로가기
  • 페이지
    pp.236-241
  • 저자
    김성민, 이민재, 손기운, 박성환, 국정환
  • 언어
    한국어(KOR)
  • URL
    https://www.earticle.net/Article/A484397

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원문정보

초록

영어
Locally resonant metamaterials (LRMs) are artificial periodic structures that effectively suppress elastic wave propagation within specific frequency bands, known as bandgaps, by utilizing local resonance phenomena of embedded mass-spring resonators.​ Conventional LRMs, however, are limited by fixed bandgap characteristics once fabricated, necessitating re-fabrication or complex processing for any frequency adjustment. This study proposes a novel, tunable bandgap LRM architecture constructed from readily available, off-the-shelf mechanical components: a plastic bolt serving as the stiffness element and a changeable steel square nut as the mass element. Numerical analyses, employing Bloch-Wave theory for dispersion curve calculations and finite element methods for frequency response function (FRF) simulations, validate the systematic tunability of the bandgap. Specifically, by simply adjusting the nut's position along the bolt, the bandgap's central frequency and bandwidth can be effectively modulated without re-machining. Experimental validation on an 8x8 finite array structure confirms the formation and adjustable nature of these bandgaps, demonstrating a consistent shift in the bandgap frequency range in response to nut position changes, which aligns well with numerical predictions. This approach offers a practical, low-cost, and easily manufacturable solution for vibration mitigation, enabling on-site adaptable designs for targeted frequency ranges.

목차

Abstract
1. 서론
2. 이론적 배경
2.1 국부공진 메타물질의 원리
2.2 Bloch-Wave 이론
3. 국부공진 메타물질 설계
3.1 가변 밴드갭 LRM 단위 셀의 구조
3.2 밴드갭 가변화 전략
4. 수치 해석
4.1 분산 곡선 해석 결과
4.2 주파수 응답 함수(FRF) 해석 결과
5. 실험 결과
5.1 시편 제작 및 실험 장치 구성
5.2 주파수 응답 함수 측정 및 밴드갭 검증
6. 결론
후기
References

키워드

메타물질 국부 공진기 밴드갭 진동 저감 기성 기계 부품 Metamaterial Locally resonator Band gap Vibration reduction Off-the-Shelf Components

저자

  • 김성민 [ Seongmin Kim | School of Mechanical and Aerospace Engineering, Gyeongsang National University ]
  • 이민재 [ Minajae Le | School of Mechanical and Aerospace Engineering, Gyeongsang National University ]
  • 손기운 [ Kiwoon Son | School of Mechanical and Aerospace Engineering, Gyeongsang National University ]
  • 박성환 [ Seonghwan Park | School of Mechanical Engineering, Gyeongsang National University ]
  • 국정환 [ Junghwan Kook | Member, School of Mechanical Engineering, Gyeongsang National University ] Corresponding Author

참고문헌

자료제공 : 네이버학술정보

간행물 정보

발행기관

  • 발행기관명
    한국기계항공기술학회(구 한국기계기술학회) [Korean Society of Mechanical Technology]
  • 설립연도
    1999
  • 분야
    공학>기계공학
  • 소개
    기계 관련 산업 분야에 관한 학술과 현장 적용 기술을 연구하고 교류하며, 이에 관련된 학문과 기술 발전 및 보급에 기여함으로써 과학과 기술의 진흥에 이바지함을 그 목적으로 한다.

간행물

  • 간행물명
    한국기계항공기술학회지(구 한국기계기술학회지) [Journal of the Korean Society of Mechanical and Aviation Technology ]
  • 간기
    격월간
  • pISSN
    1229-604X
  • eISSN
    2508-3805
  • 수록기간
    1999~2026
  • 등재여부
    KCI 등재
  • 십진분류
    KDC 550 DDC 620

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