국부적 불연속을 가진 도파관 모델의 파동전파 해석 기법

Abstract

In case that the waveguide structures with uniform cross-section in the longitudinal direction have a local discontinuity such as a joint, supporting structure and defect, the analytical method which is combining the finite element modeled section for a local discontinuity and the spectral super element modeled section for the rest of the structure has been introduced to investigate the characteristics of wave propagation on waveguide structures. It is possible to connect SSE and FE without shortening the nodes of the cross-section because SSE modeled cross-section is the same as FE modeled cross-section. Therefore, this method can be used for analyzing the waveguide structures having complicated cross-section at higher frequencies. However, the demerit of this SSE/FE method is that modeling and calculating the FE model require a lot of time at higher frequencies. To strengthen this weakness, the present paper introduced SSE/SSE method instead of SSE/FE for efficient analysis and figured out the usefulness of SSE/SSE method as compared with the conventional SSE/FE method. So that, wave reflection and transmission properties in waveguide structures with simple rectangular cross-section are estimated using both SSE/FE and SSE/SSE method and numerical errors are determined. And then, the feasibility and reliability of SSE/SSE method are checked.|단면의 형상이 길이방향으로 일정한 도파관 구조물에 조인트, 지지구조, 결함 등의 국부적 불연속이 존재하는 경우, 파동 전파 특성을 파악하기 위해서 국부적 불연속 구간을 유한요소(Finite element)로 모델링하고 나머지 구간을 스펙트럴 수퍼 요소(Spectral super element)로 결합하여 해석하는 방법이 제안되었다. SSE는 FE와 동일하게 단면을 모델링할 수 있으므로 SSE와 FE 결합 시 단면의 노드압축 없이 연결이 가능하다. 따라서 복잡한 단면을 가진 도파관에 대한 고주파수 대역 해석이 가능한 방법이다. 하지만 SSE/FE 방법은 고주파수 대역 해석을 위해 FE 모델의 크기가 커질수록 모델링 및 연산에 많은 시간이 소요된다는 단점을 가진다. 이 문제를 보완하여 보다 효율적인 해석을 위해 본 논문에서는 FE 대신 SSE를 사용하는 SSE/SSE 방법을 소개하고 기존의 SSE/FE 방법과 비교하여 SSE/SSE 방법의 유용성을 살펴본다. 이를 위해 단순 사각 단면을 가진 도파관 구조물에 대해 SSE/FE 방법과 SSE/SSE 방법을 이용해 파동의 투과 및 반사 특성을 구하고, 이들이 가지는 오차를 비교하였다. 이를 통해 SSE/SSE 방법의 신뢰성과 유용성을 확인하였다.