بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، به بررسی اثر برخورد موج آکوستیکی صفحهای تحت دو زاویهی مختلف، بر افت انتقال صوت پوستهی استوانهای ارتوتروپیک با بهرهگیری از تئوری سهبعدی پرداخته شده است. برای این منظور، پس از استخراج معادلات حاکم بر پایهی تئوری الاستیسیتهی سهبعدی، با استفاده از روش موسوم به فضای حالت و بهرهگیری از روش مدل لایهای تقریبی و رویکرد ماتریس انتقال، افت انتقال صوت از این پوسته مورد بررسی قرار گرفته است. پوستهی استوانهای در نظر گرفته شده در این مقاله، از جنس ارتوتروپیک با طول بینهایت و غوطهور در سیال میباشد. همچنین این پوسته تحت برخورد موج آکوستیکی صفحهای با زوایای 1و 2 قرار دارد.
نتایج نشان میدهند که زوایای برخورد موج آکوستیکی اثر مستقیم بر میزان افت انتقال صوت پوسته دارد، به نحوی که تغییر در اندازهی هریک از آنها، سبب تغییر میزان افت انتقال صوت میگردد. این امر به دلیل وابستگی اعداد موج شعاعی و طولی به زوایای برخورد موج میباشد، که سبب تاثیرپذیری افت انتقال صوت پوسته از× زوایای برخورد موج میشود. علاوه بر این، با افزایش زاویهی 1 ، افت انتقال صوت سازه در یک بازهی وسیع فرکانسی افزایش مییابد. این در حالی است که افزایش زاویهی 2 علاوه بر افزایش فرکانس انطباق، سبب کاهش افت انتقال صوت پوسته، به خصوص در فرکانسهای بالاتر از فرکانس انطباق میگردد.
.1 مقدمه
پوستههای استوانهای از جمله سازههایی هستند که امروزه به طور گستردهای در صنایع مختلفی نظیر: هوافضا، خودرو و ... مورد استفاده قرار میگیرند. یکی از موارد مهم در طراحی یک سازه به خصوص در صنایع هوافضا، محدودیت وزن سازه میباشد.
استفاده از پوستههای استوانهای ارتوتروپیک به دلیل وزن کمتر نسبت به مواد ایزوتروپیک یکی از راهحلهای مناسب برای غلبه بر این محدودیت است. همچنین، با توجه به کاربرد فراوان پوستههای استوانهای، محاسبهی افت انتقال صوت - TL - 1 از این پوسته مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. اولین مطالعه در زمینهی انتقال نویز از سازههای منحنی شکل، توسط اسمیت انجام شد
. او به صورت نیمه ریاضی، انتقال صوت در چنین سازههایی را بررسی نمود. همچنین او مطالعه خود را با فرض اینکه در اثر مکانیزمی نامشخص در داخل پوسته، تنها امواج صوتی داخل شونده بر رفتار پوسته موثر میباشند، صورت داد. علاوه بر این، او انرژی جذب شده توسط سازه را به عنوان افت انتقال صوت و به صورت نسبت کسری توان جذب شده به توان برخوردی در طول پوسته معرفی نمود
کوال [2]، انتقال نویز از دماغهی هواپیما را با استفاده از روش امپدانس مطالعه نمود. همچنین او در مطالعهی خود به طور همزمان جریان سیال و برخورد موج صفحهای در خارج پوسته و همچنین فشار سیال در داخل پوسته را در نظر گرفت. این امر سبب شد تا مطالعهی انتقال صوت را با دقت مناسبی به دست آورد. لی و کیم [3]، یک مدل تحلیلی برای محاسبهی افت انتقال صوت از پوسته-های استوانهای با طول بینهایت، با حل همزمان معادلات ارتعاش پوسته و موج آکوستیک پرداختند.
آنها افت انتقال صوت محاسبه شده از این روش را با نتایج آزمایشگاهی مقایسه نمودند. دانشجو و همکارانش، با بهرهگیری از تئوری تغییر شکل برشی مرتبهی اول2 - FSDT - ، به تحلیل افت انتقال صوت از پوستهی استوانهای کامپوزیتی پرداختند . [4 ] همچنین دانشجو و همکارانش [5]، با استفاده از تئوری تغییر شکل برشی مرتبهی سوم - TSDT - 3 ، افت انتقال صوت از یک پوستهی استوانهای متشکل از مواد تابعی هدفمند4 - FGMs - را مطالعه نمودند.
طالبی و همکارانش ، با بهرهگیری از تئوری سهبعدی به مطالعهی افت انتقال صوت از یک پوستهی استوانهای ارتوتروپیک پرداختند. آنها در این مطالعه موج صفحهای برخوردی را تحت یک زاویه در نظر گرفتند.
رجبی و همکارانش با استفاده از روش فضای حالت و بهرهگیری از روش مدل لایهای و ماتریس انتقال، پراکندگی امواج آکوستیکی صفحهای هارمونیک از یک پوستهی استوانهای ناهمسانگرد را مطالعه نمودند. با بررسی مطالعات گذشته مشاهده میشود که در مطالعات گذشته موج آکوستیکی صفحهای تحت یک زاویه به پوستهی استوانهای برخورد مینماید. اما در این مقاله، پوستهی استوانهای ارتوتروپیک تحت برخورد موج آکوستیکی صفحهای با دو زاویهی 1 و 2 قرار دارد.
2 ارائه مشخصات کلی مسئله
شکل - 1 - ، پوستهی استوانهای ارتوتروپیک با طول بینهایت، تحت برخورد موج آکوستیکی با دو زاویهی 1 و 2 را نشان میدهد. همانگونه که مشخص است در اثر این برخورد، قسمتی از موج از سطح پوسته منعکس شده و قسمتی نیز از پوسته عبور می-نماید. همچنین یک جریان سیال خارجی با سرعت V نیز در سطح خارجی پوسته جریان مییابد. علاوه بر این، این پوسته دارای دو ناحیهی آکوستیکی میباشد. ناحیهی 1، محیط خارجی پوسته میباشد. در این ناحیه، چگالی و سرعت صوت به ترتیب - 1, c1 میباشند. همچنین ناحیهی 2، محیط خارجی پوسته میباشد. در این ناحیه، چگالی و سرعت صوت به ترتیب 2 , c2 - میباشند.
شکل .1 شماتیکی از برخورد موج صفحهای به پوستهی استوانهای ارتوتروپیک تحت دو زاویه ی متفاوت
.3 معادلات مربوط به ارتعاشات آکوستیک
k1 ، عدد موج در سیال متحرک میباشد و به صورت معادله ی - 1 - بیان میشود. علاوه بر این، اعداد موج در راستای محوری و شعاعی به صورت زیر میباشند
