일차원 이방성 탄성 메타물질의 파동 변수 분석

Abstract

S 파라미터 변수 추출법을 이용하여 일차원 이방성 탄성 메타물질의 유효 탄성 텐서 요소와 유효 단위 부피당 질량을 포함하는 유효 파동 변수를 얻고자 한다. 메타물질은 인공적으로 설계된 물질로 실제 자연계에 존재하지 않는 특이한 파동 전파 특성을 보이는 물질을 일컫는다. 메타물질은 파장에 비해 매우 작은 불균일체로 인해 특이한 파동 전파 특성을 보이며 일반적으로 기본 셀 양식이 주기적으로 반복되는 것을 특징으로 한다. 이러한 특징을 바탕으로 거시적으로 유효한 파동 특성을 얻는다.

본 연구에서는 탄성 분야에서 최초로 메타물질을 이용하여 이방성 유효 매질을 구현할 수 있음을 확인하고자 한다. 더 나아가 S 파라미터 변수 추출법을 이용하여 이방성 메타물질의 유효 질량과 강성 텐서를 포함하는 파동 변수를 계산하고자 한다. 메타물질의 파동 전파 특성을 파악하여 이를 조절할 수 있도록 이방성 탄성 메타물질의 유효 파동 변수를 추출하고자 한다. 이러한 연구의 기초 단계로 파동 전파 방향을 단방향만 고려하는 일차원의 경우에 대하여 연구를 수행하고자 한다.

본 연구는 추후 이방성 매질을 이용한 공간적 파동 조절 시스템이나 파동 모드 전환 필터 등에 적용 가능할 것으로 기대된다.