국립창원대학교 GAST-인공지능대학 인공지능디펜스공학과는 김국현 교수가 저자로 참여한 연구 논문이 음향·진동 분야 국제학술지인 ‘Journal of Sound and Vibration(JSV)’에 게재됐다고 6일 밝혔다. 이 저널은 1964년 창간된 Elsevier 발행 학술지로, 음향 및 기계 진동 분야에서 오랜 전통과 높은 영향력을 인정받는 SCIE급 국제 저명학술지다(피인용지수(Impact Factor) 5.8 및 JIF(Journal Impact Factor) 백분위 96.3(상위 3.7%)).
게재된 논문(‘Approximate formula to estimate acoustic radiation efficiency of one-side acoustic-loaded simply-supported rectangular Mindlin plate’)은 한쪽 면이 물에 접한 선체 판의 음향방사효율을 정확하고 간편하게 예측할 수 있는 새로운 근사식을 제안했다. 음향방사효율은 선박 내부 기계류의 진동이 선체를 통해 물속으로 소음으로 변환되는 정도를 나타내는 지표로, 선박의 수중 방사소음을 평가하는 핵심 변수다. 기존 근사식은 얇은 판 이론에 기반하고 물에 의한 음향하중 효과를 충분히 고려하지 못해 두꺼운 선체 판에서는 예측 오차가 크다는 한계가 있었다.
연구팀은 판의 전단변형과 회전관성을 고려하는 민들린 판 이론을 바탕으로, 주파수 영역을 모노폴·코너-엣지 모드·임계 영역의 세 구간으로 나누어 각 구간의 방사 특성을 반영한 근사식을 개발하는 데 성공했다. 그 결과 기존 근사식이 일치주파수를 35% 이상 벗어나게 예측한 반면 제안된 식은 오차를 10.3% 이내로 줄였다. 또한 저주파 모노폴 영역에서는 다양한 판 형상에서 오차를 1dB 이내로, 감쇠가 큰 조건의 코너-엣지 모드 영역에서는 약 2dB 수준으로 유지해 기존 식(최대 10dB 오차) 대비 정확도를 크게 높였다.
이번 연구는 국제해사기구(IMO)를 중심으로 상선의 수중소음 저감 논의가 본격화되는 가운데 대규모 수치해석 없이도 선체 방사소음을 신속하고 정확하게 평가할 수 있는 공학적 도구를 제시했다는 데 의미가 있다. 향후 친환경 선박은 물론 은밀성이 요구되는 잠수함·수상함 등 방위산업 분야와 해양구조물의 저소음 설계에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.
국립창원대 김국현 교수는 “선체처럼 두꺼운 판이 물과 접해 있는 실제 조건을 반영하면서도 실무에서 쉽게 쓸 수 있는 식을 만드는 데 초점을 맞췄다”며 “앞으로도 함정 및 해양구조물의 소음·진동 저감을 위한 연구를 이어가겠다”고 소감을 전했다.
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