توصيفگر ها :
فرامواد , سفتي منفي , افت انتقال صوت , فشرده‌سازي , لوله امپدانسي
چكيده فارسي :
امروزه با افزايش آلودگي‌هاي صوتي در محيط‌هاي صنعتي و شهري، مطالعات بسياري بر روي به كارگيري فرامواد در پانل‌هاي ساندويچي، به منظور دست‌يابي به يك پانل ساندويچي با افت انتقال صوت مطلوب و در عين حال جرم و ابعاد كم، انجام شده است. دسته‌اي از فرامواد، فرامواد سلولي سفتي منفي هستند، كه بر خلاف مواد معمول، در محدوده‌اي از بارگذاري بر روي آن‌ها، با افزايش ميزان تغيير شكل، مقدار نيروي لازم براي ايجاد تغيير شكل، كاهش مي‌يابد. اين دسته از فرامواد، به دليل قابليت جذب انرژي و همچنين عدم تغيير شكل پلاستيك در اثر بارگذاري، مي‌توانند گزينه مناسبي براي استفاده در هسته پانل‌هاي ساندويچي باشند. از اين رو، در اين پايان‌نامه، رفتارهاي سفتي منفي و افت انتقال صوت، در پانل ساندويچي با هسته متشكل از فراماده سفتي منفي، مطالعه شده است. همچنين در اين مطالعه، براي بررسي اثر ناحيه سفتي منفي، در پهناي شكاف باندها و افت انتقال صوت، ساختار در حالت فشرده شده و قرار گرفته در ناحيه سفتي منفي نيز، مورد بررسي قرار گرفته است. در اين تحقيق، ابتدا با استفاده از روش اجزا محدود و نرم‌افزار آباكوس، رفتارهاي سفتي منفي و افت انتقال صوت در پانل ساندويچي به طول 2 متر و عرض 1 متر شبيه‌سازي شده و عملكرد آكوستيكي آن با پانل ساندويچي با هسته شش ضلعي لانه‌زنبوري در شرايط جرم و ابعاد برابر، مقايسه شده است. پس از شبيه‌سازي‌هاي دوبعدي، پانل ساندويچي مورد نظر متناسب با شرايط اندازه‌گيري افت انتقال صوت در لوله امپدانسي، به صوت سه‌بعدي شبيه‌سازي شده است. براي صحت‌سنجي نتايج شبيه‌سازي سه‌بعدي، با استفاده از روش رسوب ذوب شده، نمونه پانل ساندويچي مورد نظر ساخته شده و با استفاده از دستگاه‌هاي تست كشش و لوله امپدانسي، رفتارهاي سفتي منفي و افت انتقال صوت ساختار، به‌دست آورده شد. نتايج شبيه‌سازي نشان داد، رفتار آكوستيكي ساختار سفتي منفي فشرده شده در مقايسه با ساختار شش ضلعي لانه زنبوري به ميزان قابل توجهي بهبود يافته است. همچنين با افزايش تعداد سلول واحد يا تغيير در متغيرهاي هندسي سلول واحد، مي‌توان ميزان سفتي منفي را در ساختار افزايش داد، تا به واسطه آن فركانس‌هاي طبيعي ساختار فشرده شده كاهش يافته و پهناي شكاف باندها در نمودار افت انتقال صوت افزايش يابد. نتيجه آزمون فشرده‌سازي ساختار نشان داد، رفتار سفتي منفي ساختار پس از سه چرخه بارگذاري و باربرداري همچنان تكرارپذير بوده و امكان استفاده مجدد از ساختار وجود دارد. نتايج به‌دست آمده از شبيه‌سازي و آزمون اندازه‌گيري افت انتقال صوت نشان داد، افت انتقال صوت در ساختار فشرده شده نسبت به ساختار فشرده نشده، بهبود يافته است اما نواحي تشديد موجود در نتايج شبيه‌سازي، در نتايج آزمون تجربي مشاهده نمي‌شود. با بررسي دلايل اختلاف نتايج شبيه‌سازي و آزمون تجربي افت انتقال صوت، مشاهده شد، شرايط مرزي و ميرايي در نظر گرفته شده براي ساختار در شبيه‌سازي‌ها، بسيار در نتايج افت انتقال صوت موثر هستند و مي‌توانند سطح افت انتقال صوت و همچنين نواحي تشديد را تغيير دهند.
چكيده انگليسي :
Today, with increasing noise pollution in industrial and urban environments, many studies have been conducted on the use of metamaterials in sandwich panels to achieve a sandwich panel with a desirable sound transmission loss while having low mass and dimensions. One class of metamaterials is negative stiffness cellular metamaterials, which, unlike conventional materials, in a range of loading on them, as deformation increases, the amount of force required for deformation decreases. This class of metamaterials, due to energy absorption capability and also non-plastic deformation under loading, can be a suitable case for use in sandwich panels cores. Therefore, in this thesis, the behaviors of negative stiffness and sound transmission loss in sandwich panels with a core composed of negative stiffness materials have been studied. Also, in this study, to investigate the effect of the negative stiffness region on the width of bandgap and sound transmission loss, the compressed structure which is in the negative stiffness region has been investigated. In this research, firstly, by using the finite element method and Abaqus software, the behaviors of negative stiffness and sound transmission loss in a sandwich panel with a length of 2 meters and a width of 1 meter was simulated and its acoustic performance was compared with a honeycomb core sandwich panel under the same mass and dimensions. Then, the desired sandwich panel was simulated in three-dimensional under conditions of measuring sound transmission loss in the impedance tube. To validate the results, some samples of the desired sandwich panel was fabricated using the fused deposition method and the behaviors of negative stiffness and sound transmission loss of the structure were obtained using tensile testing machine and impedance tube device. The simulation results showed that the acoustic behavior of the compressed negative stiffness structure significantly improved compared to the hexagonal honeycomb structure. Also, by increasing the number of unit cell or changing the geometric parameters of the unit cell, the amount of negative stiffness in the structure can be increased, so that the natural frequencies of the compressed structure decrease and the bandgap bandwidth in the sound transmission loss diagram increases. The result of structural compression test showed that the negative stiffness behavior of the structure after three cycles of loading and unloading was repeatable and there was possibility of reuse the structure. The results obtained from the simulation and the sound transmission loss measurement test showed that the sound transmission loss in the compressed structure has improved compared to the uncompressed structure, but the resonant regions in the simulation results were not observed in the experimental test results. By examining the reasons for the difference in the results of the simulation and the experimental test of the sound transmission loss, it was observed that the boundary conditions and damping considered for the structure in the simulations are very effective in the results of the sound transmission loss and can change the level of the sound transmission loss as well as the resonance areas.
