주파수 응답 해석 - frequency response analysis

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우리 생활 주변에서 흔히 발생하는 물리적 현상의 거의 대부분은 시간에 따라 변화는 동적 거동(dynamic behavior)이다. 물체의 이러한 동적 거동을 분석하는 방법에는 변동을 시간(time)에 따라 관찰하느냐 아니면 주파수(frequency)에 따라 관찰하느냐로 크게 구분된다.

 

지구상에서 형상과 밀도(density)를 가지는 모든 물체는 그 물체 고유의 거동, 고유모드(natural mode)를 가지고 있다. 더욱이 이러한 고유모드의 개수는 본질적으로 무한개이고 각 고유모드는 각기 고유한 주파수, 고유진동수(natural frequency)로 진동한다. 다시 말해 모든 물체는 가장 낮은 고유진동수에 해당하는 고유모드로부터 순차적으로 높은 고유진동수를 가지는 무한개의 고유모드를 가진다.

 

이러한 지진파와 같은 동적인 외란(external excitation)이 가해지면 이 물체의 동적인 응답은 각 고유모드들의 선형적인 조합으로 표현된다. 여기서 중요한 점은 어떠한 고유모드들이 동적 응답에서 큰 비중을 차지하느냐는 외란이 가지는 주파수에 절대적으로 좌우된다. 저주파의 외란을 받게 되면 동적인 응답 역시 저주파수 고유모드에 의해 지배되고, 외란이 고주파인 경우에는 물체의 동적 응답 역시 고주파수의 고유모드가 큰 비중을 차지하게 된다.

 

주파수 응답해석은 물체의 거동을 시간영역에서 주파수 영역으로 변환시켜 주파수 별로 동적응답의 크기를 분석하는 기법이다. 따라서 특정한 주파수에서 동적 응답이 큰 진폭(amplitude)을 나타낸다면 이 물체는 이 주파수 근처에서 구조적으로 취약하다는 것은 암시한다. 이처럼 주파수 응답은 대상이 되는 물체의 주파수별 동적 특성을 명확히 제공해 준다.

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