بخشی از مقاله
چکیده
گنبد سونار در شناورهاي سطحی و زیرسطحی وظیفه محافظت از سونار و تجهیزات مربوط به آن را در مقابل بارهاي خارجی بر عهده دارد. این سازه بایستی کمترین تأثیر را در پخش موج از هدف به شناور و از شناور به هدف داشته باشد. بدین منظور، ماده انتخابی براي گنبد سونار، باید از خواص آکوستیکی مطلوبی برخوردار باشد. در این مقاله، افت صوت گنبد سونار فولادي یک شناور زیرسطحی با استفاده از نرمافزار ABAQUS مورد تحلیل و بررسی قرار میگیرد. حرکت صوت از یک منبع خارج از گنبد به سمت فضاي داخل آن در نظر گرفته شده است. در این راستا افت صوت در بسامدهاي 2000، 5000 و 8000 هرتز محاسبه شده است. نتایج نشان میدهد صوت با بسامد 8000 هرتز پس از عبور از گنبد در ابتدا افت بیشتري از خود نشان میدهد. در اواسط محیط داخلی گنبد افت حاصل شده در بسامد 5000 و 8000 هرتزي تقریبا برابر میباشد و بسامد 2000 هرتزي افت کمتري را خواهد داشت. با نزدیک شدن به انتهاي محیط داخلی گنبد نیز در بسامد 2000 هرتز افت کمتر و در بسامد 8000 هرتزي افت بیشتري مشاهده میشود.
کلمات کلیدي: گنبد سونار؛ افت صوتی؛ المان محدود؛ آباکوس.
1.مقدمه
گنبدهاي سونار در کشتی ها و زیردریایی ها کاربرد دارند و وظیفه اصلی آنها محافظت از سونار و تجهیزات الکتریکی درون آن، از ضربه و برخوردهاي فیزیکی و دور نگهداشتن لایهمرزي مغشوش از بدنه میباشد. بنابراین باید کمترین تأثیر را در پخش موج از هدف به شناور و از شناور به هدف داشته باشد. بدین منظور، ماده انتخابی براي گنبد سونار، باید از خواص آکوستیکی مطلوبی برخوردار باشد.لذا بررسی و تحلیل میزان افت صوتی مورد توجه محققین قرار گرفته است. در مقاله ارائه شده توسط شین[1] 1، انتقال صوت از یک دیواره سه لایهاي بررسی شده است. سازه مورد بررسی اندازه محدودي داشته و با دو فضاي هواي غیر قابل نفوذ پر شده است.
در این مقاله توابع مودال بدست آورده شدهاند و از اصل کار مجازي و از روش عددي نیز استفاده شده است. در مقاله ارائه شده توسط ژو[ 2] 2، بر روي افت صوتی دو ورق ساندویچی که با فوم پر شدهاند، به روش انرژي آماري کار شده است و چگالی مودال، با استفاده از روش طیفی سه کاناله تخمین زده شده است. در این تحقیق، محدوده بسامد مورد بررسی تا 8 کیلوهرتز بوده است. همچنین پارامترهاي مؤثر در انرژي آماري را نیز شرح داده است. لی[3] 3، روشی براي تخمین مشخصات آکوستیکی مواد کامپوزیتی مورد استفاده در گنبد سونار کشتیها، ارائه کرده است. در تحقیق وي، نمونهها از جنس پلاستیک تقویت شده با شیشه4 و پلی اورتان بوده اند.
سرعتها و ضرایب تضعیف موج صوتی را در محدوده بسامد بالا و ضرایب تعبیه را بهصورت تابعی از زاویه برخورد در 200 کیلوهرتز و 76 کیلوهرتز بدست آورده است. وي یک مدل "لایه چهار واسطهاي" براي تخمین افت تضعیف مواد کامپوزیتی ارائه داده است. این مدل پیشنهاد میکند که افت تضعیف مواد کامپوزیتی بهخوبی میتواند بهصورت تابعی از زاویه برخورد در محدوده بسامد پایین به دست آورده شود. موج صوتی از مایع 0، جامد 1، جامد 2 و مایع 3 عبور میکند و جهت پخش در هر لایه را با قانون اسنل5 تخمین زده است. براي صحتسنجی، نتایج تئوري را با نتایج حاصل از تست مقایسه کرده است.در نمونه GRP، سرعت موج طولی سریعتر از موج عرضی بوده است. مدل پلی اورتان نیز نتایج مشابهی را ارائه داده است.
ضرایب افت امواج طولی در 200 کیلوهرتز و ضرایب افت موجهاي عرضی در 500 کیلوهرتز اندازه گیري شدهاند. در هر دو مدل، یعنی مدل GRP و مدل پلی اورتان، ضرایب افت امواج عرضی بزرگتر از امواج طولی بوده است. افت تعبیه ماده کامپوزیتی را بهعنوان تابعی از زاویه برخورد از صفر تا 50 درجه در 200 کیلوهرتز تا 76 کیلوهرتز بدست آورده است. در برخورد اریب موجهاي صوتی، افت تعبیه ماده کامپوزیتی بهوسیله مجموع اثرات موجهاي عرضی و طولی در ماده کامپوزیتی محاسبه شده بود.در این مقاله، افت تعبیه تئوري با تجربی مطابقت خوبی داشته است. این تطابق نشان میدهد که مدل لایه چهار واسطهاي میتواند براي تخمین مشخصات آکوستیکی ماده کامپوزیتی در برخورد اریب موج صوتی براي بسامدهاي گستردهاي استفاده شود. سان[4] 6، فرم عمومی محاسبه افت انتقال موجهاي صوتی از سازههاي چند لایه را ارائه کرده است .
وي در این گزارش، از روش طراحی فاکتوریل کامل استفاده کرده است. سازه مورد نظر، یک ورق ساندویچی میباشد که شامل شیشه و پلیمر است. محدوده بسامد مورد بررسی تا 10 کیلوهرتز بوده است.در این تحقیق افت صوتی گنبد سونار فولادي یک شناور زیرسطحی در نرمافزار ABAQUS بررسی میگردد. به منظور استخراج یک پروتکل مدلسازي براي تحلیل افت در سه بعد، ابتدا افت انتقال صوت در دو بعد مطابق با دادههاي مرجع [5] در بسامدهاي 100، 500 و 800 هرتز مدلسازي و صحتسنجی میشود. در نهایت، افت انتقال صوت گنبد سونار به صورت سه بعدي در بسامدهاي 2000، 5000 و 8000 شبیهسازي شده و نتایج تحلیلها تبیین میگردد.
.2 مدلسازي در دو بعد
به منظور استخراج یک پروتکل مدلسازي براي تحلیل افت در سه بعد، ابتدا افت انتقال صوت در دو بعد مطابق با دادههاي مرجع [5] مدلسازي و تحلیل خواهد شد. مسأله به این صورت می باشد که منبعی در فاصلهاي مشخص، صوت تختی به یک صفحه لاستیکی میتاباند و پس از برخورد و عبور از صفحه وارد یک فضاي بدون انعکاس میشود.[5] شماتیک کلی مسأله به صورت نشان داده شده در شکل 1 میباشد.جنس محیط گیرنده و فرستنده، هوا است که چگالی آن 1/2 کیلوگرم بر متر مکعب و مدول بالک آن 0/142 مگاپاسکال میباشد. صفحه مورد نظر یک ماده هایپر الاستیک است که چگالی آن 1000 کیلوگرم بر متر مکعب میباشد. مواد هایپرالاستیک ایزوتروپ بر حسب پتانسیل انرژي کرنشی بیان میشوند که پتانسیل انرژي کرنشی، انرژي پتانسیل ذخیره شده در ماده بر واحد حجم اولیه به عنوان تابعی از کرنش در آن نقطه از ماده است.
نوع پتاسیل انرژي کرنشی ماده مورد نظر مونی- ریولین - - Mooney-Rivlin میباشد که ضرایب C10 و C01 آن به ترتیب 0/8 مگاپاسکال و 1/2 مگاپاسکال هستند. منبع و Standoff point - نقطهاي براي مشخص کردن جهت موج برخوردي - به ترتیب در -0/6 متر و -0/58 نسبت به خط میانی صفحه متر قرار دارند. مسأله مورد نظر با روش steady- در بسامد هاي 100 هرتز، 500 هرتز و 800 هرتز حل شده است. ابعاد اجزا مساله در شکل 2 نشان داده شده المانها در ابعاد 0.005 × 0.005 متر و از نوع چهار ضلعی می باشند. المانهاي آکوستیکی از نوع AC2D8 - المان آکوستیکی دو بعدي چهار ضلعی با هشت گره - و المانهاي سازه اي از نوع CPS4R - المان تنش صفحهاي چهار ضلعی با چهار گره - انتخاب شدهاند. در شکلهاي 3، 4 و 5 توزیع فشار آکوستیکی و تغییر شکل به ترتیب در بسامدهاي 100، 800 نشان داده شده است.
