수중 메타서페이스 단위구조 해석 및 설계 기술개발

최근 초음파 분야에서 메타물질과 메타서페이스에 기반한 새로운 연구가 다수 진행되고 있으나, 대부분의 연구가 탄성체와 공기 중에서의 음파에 초점을 맞추고 있으며 초음파 비파괴 검사 중 한 축을 차지하는 수중 초음파 분야로의 적용 사례는 극히 미비하다. 특히 메타서페이스 기술은 얇은 구조로 초음파를 원하는 대로 조절할 수 있는 뛰어난 장점에도 불구하고 아직까지 수중 음향 분야에 메타서페이스가 실험적으로 검증된 것은 전무한 실정이다. 본 연구에서는 수중 초음파 분야에 메타서페이스를 적용하기 위한 첫 단계로, 주어진 입사파를 원하는 방향으로 반사시킬 수 있는 수중 메타서페이스 기술을 제시하고 실험적으로 검증하였다. 특히 수중 메타서페이스 기술은 기존의 공기중에서의 음향 메타서페이스 기술과는 달리 음향-고체간 연성 효과가 매우 활발히 일어나며, 이로 인해 표면에서 메타서페이스의 굽힘 현상이 활발히 발생함을 확인하였다. 이는 메타서페이스가 원치 않는 방향으로 거동하게끔 하는 요인으로, 이를 고려한 개선된 수중 메타서페이스를 제시하였다. 시뮬레이션과 실험을 통해 개선된 메타서페이스의 성능을 검증하였으며, 본 연구는 향후 다양한 수중 초음파 장치로 확장할 수 있으리라 기대한다.

Recent advances in artificial materials, namely metamaterials and metasurfaces, have aided in generating new technologies for ultrasonic applications. However, majority of the previous research studies have focused on elastic waves and acoustic waves in air, whereas underwater acoustics (one of the most important topics in ultrasonic applications) has been rarely studied. In particular, very limited research has been conducted on underwater metasurfaces that can tailor the flow of acoustic waves with very thin structures. In this study, as a basic approach to develop underwater metasurface technologies, we present a novel underwater metasurface that can tailor the flow of reflected waves towards any desired direction, along with the corresponding numerical and experimental corroborations. We found that the solid-fluid interaction can become very active, even though such interaction has almost been overlooked in previous studies. Furthermore, we designed an underwater metasurface that can suppress undesired solid-fluid interactions, and the corresponding numerical and experimental validations were accordingly conducted. We believe that this study can provide a cogent premise for developing various underwater metasurfaces.

#초음파 비파괴검사 #메타서페이스 #수중 음향 #Ultrasonic Nondestructive Evaluation #Metasurface #Underwater Acoustics

참고문헌 (14)

참고문헌 신청

H. G. Kwon / 2001 / Long-range guided wave inspection of structures using the magnetostrictive sensor / Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing 21(4):383~390

최만용 / 2004 / 적외선 열화상을 이용한 비파괴시험 활용 및 결함 진단 / 비파괴검사학회지 24(5):525~531

K. Park / 2001 / Models of Reliability Assessment of Ultrasonic Nondestructive Inspection / Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing 21(6):607~611

O. Lee / 1996 / Evaluation of Adhesive Bonding Quality by Acoustic Emission / Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing 16(2):79~85

S. Sun / 2012 / Gradient-index meta-surfaces as a bridge linking propagating waves and surface waves / Nature materials 11(5):426~431

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