شبیه سازی و بهینه سازی جاذب های آکوستیکی آلبریخ در زیر آب با حفره‌های استوانه‌ای و مخروطی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران

3 دانشجوی دکتری، دانشکده نفت گاز پتروشیمی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

4 دانشجوی دکتری، دانشکده علوم پایه، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران

چکیده

به منظور جذب امواج آکوستیکی در زیر آب از پوشش­هایی با نام جاذب­های آلبریخ استفاده می­گردد. مکانیزم این پوشش­ها تبدیل انرژی امواج به گرما از طریق ارتعاش حفره­های موجود در آن­ها می­باشد. در این مقاله ارزیابی عملکرد نوع خاصی از جاذب‌های آلبریخ از جنس پلی‌یورتان با استفاده از نرم‌افزار کامسول انجام پذیرفته و تاثیر پارامتر‌های مختلف هندسی به صورت مجزا بررسی گردیده است. بر اساس نتایج، افزایش ارتفاع و شعاع استوانه‌های هوا و همچنین تبدیل آن‌ها به مخروط ناقص، میزان ضریب جذب را افزایش و ضرایب عبور و بازتاب را کاهش می­دهد. همچنین قرار دادن حفره‌ها در ردیف‌های میانی با شعاع‌های مختلف، محدودة فرکانس بهینة جاذب را افزایش داده و آن را اصطلاحا پهن‌باند می‌نماید. در انتها جاذب پهن­باند برای دست­یابی به بیشترین میزان ضریب جذب بهینه شده است. در مدل بهینه، حفره‌ها به صورت مخروط ناقص با زاویة راس 5 درجه و قطر آن‌ها در ردیف‌های اصلی و میانی به ترتیب برابر cm8/0 و cm2/1 می‌باشند. مطالعة پارامتری و بهینه‌سازی جاذب‌های آلبریخ برای اولین بار در این پژوهش صورت گرفته و می‌تواند مورد استفادة صنعتگران و پژوهشگران قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 

[1]    Méresse P., Audoly C., Croënne C., A.-C. Hladky-Hennion, Acoustic coatings for maritime systems applications using resonant phenomena, Comptes Rendus Mécanique, Vol. 343, No. 12, pp. 645-655, 2015.
[2]    Loeser H. T., Principles of Sonar Installation: Naval Underwater Systems Center-New London Lab, 1982.
[3]    W. P. Mason, F. H. Hibbard, Absorbing Media for Underwater Sound Measuring Tanks and Baffles, The Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 20, No. 4, pp. 476-482, 1948.
[4]    Cramer, W. S., Johnston T. F., Underwater Sound Absorbing Structures, The Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 28, No. 3, pp. 501-502, 1956.
[5]    Gaunaurd G., One‐dimensional model for acoustic absorption in a viscoelastic medium containing short cylindrical cavities, The Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 62, No. 2, pp. 298-307, 1977.
[6]    Ma T.-C., Scott R., Yang W. H., Harmonic wave propagation in an infinite viscoelastic medium with a periodic array of cylindrical elastic fibers, Journal of Sound and Vibration, Vol. 69, No. 2, pp. 257-264, 1980.
[7]    Bai D., Keller J. B., Sound waves in a periodic medium containing rigid spheres, The Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 82, No. 4, pp. 1436-1441, 1987.
[8]    Easwaran V., Munjal M., Analysis of reflection characteristics of a normal incidence plane wave on resonant sound absorbers: A finite element approach, The Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 93, No. 3, pp. 1308-1318, 1993.
[9]    Sastry J., Munjal M., A transfer matrix approach for evaluation of the response of a multi-layer infinite plate to a two-dimensional pressure excitation, Journal of sound and vibration, Vol. 182, No. 1, pp. 109-128, 1995.
[10]  Baird A., Kerr F., Townend D., Wave propagation in a viscoelastic medium containing fluid-filled microspheres, The Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 105, No. 3, pp. 1527-1538, 1999.
[11]  Jayakumari V. G., Shamsudeen R. K., Ramesh R., Mukundan T., Modeling and validation of polyurethane based passive underwater acoustic absorber, The Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 130, No. 2, pp. 724-730, 2011.
[12]  Meng T., Simplified model for predicting acoustic performance of an underwater sound absorption coating, Journal of Vibration and Control, Vol. 20, No. 3, pp. 339-354, 2014.
[13]  Hennion A., Bossut R., Decarpigny J., Audoly C., Analysis of the scattering of a plane acoustic wave by a periodic elastic structure using the finite element method: Application to compliant tube gratings, The Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 87, No. 5, pp. 1861-1870, 1990.
[14]  Hladky‐Hennion A. C., Decarpigny J. N., Analysis of the scattering of a plane acoustic wave by a doubly periodic structure using the finite element method: Application to Alberich anechoic coatings, The Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 90, No. 6, pp. 3356-3367, 1991.
[15]  Oertel G., Abele L., Polyurethane handbook: chemistry, raw materials, processing, application, properties: Hanser Publishers. Distributed in USA by Scientific and Technical Books, Macmillan, 1985.
[16]  Jiang H., Wang Y., Zhang M., Hu Y., Lan D., Zhang Y., Wei B., Locally resonant phononic woodpile: A wide band anomalous underwater acoustic absorbing material, Applied Physics Letters, Vol. 95, No. 10, pp. 104101, 2009.
[17]  Heng J., Yu-Ren W., Mi-Lin Z., Yan-Ping H., Ding L., Qun-Li W., Huan-Tong L., Wide-band underwater acoustic absorption based on locally resonant unit and interpenetrating network structure, Chinese Physics B, Vol. 19, No. 2, pp. 026202, 2010.
[18]  Comsol Multiphysics, COMSOL-Inc., Burlington USA, 2016, v5.2a
[19]  Carcangiu S., Montisci A., Usai M., Waves Propagation,  in: P. Burrascano, S. Callegari, A. Montisci, M. Ricci, M. Versaci, Ultrasonic Nondestructive Evaluation Systems: Industrial Application Issues, Eds., Switzerland: Springer International Publishing, 2015.
[20]  Everest F. A., Pohlmann K. C., Master Handbook of Acoustics, USA: McGraw-Hill Education, 2015.
[21]  Moser M., Muller G., Fundamentals,  in: G. Muller, M. Moser, Handbook of Engineering Acoustics, Eds., Heidelberg: Springer International Publishing, 2013.
[22]  Reddy J., An Introduction to the Finite Element Method: McGraw-Hill Education, 2005.