Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich và ứng dụng vào giảm ồn tàu thủy

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:168

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của Luận án nhằm nắm được cơ sở lý thuyết truyền âm và xác định được tổn thất truyền âm qua các kết cấu tấm composite sandwich cốt sợi thủy tinh nền polyester, lõi là vật liệu xốp (foam - PU) chịu các liên kết động học khác nhau. Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào việc giảm ồn buồng máy tàu khách vỏ composite được chế tạo tại Viện nghiên cứu chế tạo Tàu thủy, Trường Đại học Nha Trang. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich và ứng dụng vào giảm ồn tàu thủy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ĐINH ĐỨC TIẾN NGHIÊN CỨU TỔN THẤT TRUYỀN ÂM QUA TẤM COMPOSITE SANDWICH VÀ ỨNG DỤNG VÀO GIẢM ỒN TÀU THỦY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHÁNH HÒA – 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ĐINH ĐỨC TIẾN NGHIÊN CỨU TỔN THẤT TRUYỀN ÂM QUA TẤM COMPOSITE SANDWICH VÀ ỨNG DỤNG VÀO GIẢM ỒN TÀU THỦY Ngành đào tạo: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. GS. TS. TRẦN ÍCH THỊNH 2. TS. NGUYỄN VĂN ĐẠT KHÁNH HÒA – 2019
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan mọi kết quả nghiên cứu của luận án: “Nghiên cứu tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich và ứng dụng vào giảm ồn tàu thủy” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình khoa học nào khác cho tới thời điểm này. Khánh Hòa, ngày 23 tháng 07 năm 2019 Tác giả luận án Đinh Đức Tiến iii
LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, tôi đã nhận được sự giúp đỡ của Ban Giám hiệu, quý Phòng, Khoa, Viện, Trung tâm của Trường Đại học Nha Trang, đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi được hoàn thành đề tài. Đặc biệt là sự hướng dẫn khoa học tận tình của GS.TS. Trần Ích Thịnh và TS. Nguyễn Văn Đạt đã giúp tôi hoàn thành tốt đề tài. Qua đây, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến sự giúp đỡ này. Xin chân thành cảm ơn cán bộ kỹ thuật Trung tâm thí nghiệm thực hành, Trường Đại học Nha Trang và Trung tâm đo lường, Viện đo lường Việt Nam đã tạo điều kiện trong quá trình thực nghiệm đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Khoa Kỹ Thuật Giao Thông, Trường Đại học Nha Trang đã cung cấp thông tin và những đóng góp quý báu cho luận án. Xin chân thành cảm ơn: - TS. Mai Đức Nghĩa, Trường sỹ quan Không quân Nha Trang. - Th.S. Phạm Ngọc Thành, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì, Phú Thọ. Tôi xin chân thành cảm ơn cán bộ kỹ thuật, Viện nghiên cứu chế tạo Tàu thủy, Trường Đại học Nha Trang, đã hỗ trợ về nhân lực và các trang thiết bị để quá trình thực nghiệm được hoàn thành. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện luận án. Xin chân thành cảm ơn! Khánh Hòa, ngày 23 tháng 07 năm 2019 Tác giả luận án Đinh Đức Tiến iv
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................iii LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ iv MỤC LỤC .................................................................................................................. v DANH MỤC KÝ HIỆU ............................................................................................. ix DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................................. xi DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ xii DANH MỤC HÌNH ................................................................................................. xiv TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN ..................................... xviii MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ...................................... 7 1.1. Giới thiệu về vật liệu composite sandwich ........................................................... 7 1.1.1. Khái niệm, cấu tạo ............................................................................................ 7 1.1.2. Phân loại ........................................................................................................... 8 1.1.3. Phạm vi ứng dụng ........................................................................................... 10 1.2. Vật liệu composite sandwich dùng trong tàu thủy .............................................. 10 1.2.1. Vật liệu lớp da ................................................................................................. 11 1.2.2. Vật liệu lõi ...................................................................................................... 14 1.2.3. Đặc điểm công nghệ thi công .......................................................................... 16 1.3. Lý thuyết truyền âm ........................................................................................... 17 1.3.1. Sóng âm ......................................................................................................... 17 1.3.2. Tần số, bước sóng, biên độ .............................................................................. 18 1.3.3. Mức áp suất âm, cường độ âm ......................................................................... 19 1.4. Một số kết quả nghiên cứu liên quan đến luận án ............................................... 23 1.4.1. Tình hình nghiên cứu về tổn thất truyền âm đối với vật liệu composite sandwich ...... 23 1.4.2. Nhận xét chung chương 1 ................................................................................ 35 1.5. Kết luận chương 1 .............................................................................................. 35 v
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TỔN THẤT TRUYỀN ÂM QUA TẤM COMPOSITE SANDWICH ........................................................ 36 2.1. Khai triển công thức thực nghiệm theo phương pháp phân tích thống kê năng lượng .... 36 2.1.1. Giới thiệu ........................................................................................................ 36 2.1.2. Giả thiết và khái niệm ..................................................................................... 37 2.1.3. Công thức thực nghiệm xác định tổn thất truyền âm ........................................ 40 2.2. Mục đích thực nghiệm ....................................................................................... 42 2.2.1. Mô tả phòng thí nghiệm .................................................................................. 42 2.2.2. Phương pháp chế tạo mẫu thử ......................................................................... 46 2.2.3. Phương pháp đo .............................................................................................. 47 2.2.4. Quy trình và số lượng điểm đo ........................................................................ 47 2.2.5. Các thông số cần đo ........................................................................................ 48 2.2.6. Tiêu chuẩn áp dụng ......................................................................................... 48 2.2.7. Kiểm tra độ tin cậy .......................................................................................... 48 2.3. Kết quả thực nghiệm đo STL qua các mẫu composite sandwich ......................... 50 2.3.1. Mẫu composite sandwich M2 .......................................................................... 50 2.3.2. Mẫu composite sandwich M3 .......................................................................... 52 2.3.3. Mẫu composite sandwich M4 .......................................................................... 53 2.3.4. Mẫu composite sandwich M5 .......................................................................... 55 2.3.5. Mẫu composite sandwich M6 .......................................................................... 56 2.3.6. Mẫu composite sandwich M7 .......................................................................... 58 2.3.7. Mẫu composite sandwich M8 .......................................................................... 59 2.3.8. Mẫu composite sandwich M9 .......................................................................... 61 2.3.9. Mẫu composite sandwich M10 ........................................................................ 62 2.3.10. Mẫu composite sandwich M11 ...................................................................... 64 2.3.11. Nhận xét chung chương 2.............................................................................. 65 2.4. Kết luận chương 2 .............................................................................................. 66 vi
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN TỔN THẤT TRUYỀN ÂM QUA TẤM COMPOSITE SANDWICH DÙNG TRONG CHẾ TẠO KẾT CẤU TÀU THỦY .... 67 3.1. Lý thuyết tấm composite sandwich .................................................................... 67 3.1.1. Trường chuyển vị, biến dạng và ứng suất ......................................................... 68 3.1.2. Phương trình quan hệ nội lực biến dạng của tấm composite sandwich ............ 68 3.2. Xây dựng mô hình xác định tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich .... 70 3.2.1. Mô tả lý thuyết ................................................................................................ 70 3.2.2. Tổn thất truyền âm của tấm composite sandwich ............................................. 76 3.2.3. Xác định độ cứng uốn biểu kiến của tấm composite sandwich ........................ 77 3.2.4. Xác định tần số dao động riêng của dầm composite sandwich ......................... 80 3.2.5. Xác định độ cứng uốn biểu kiến của dầm trong dải tần số 1/3 Octave ............. 89 3.3. Xác định tổn thất truyền âm của các tấm A – K .................................................. 97 3.4. So sánh kết quả tính toán lý thuyết và thực nghiệm .......................................... 102 3.4.1. So sánh kết quả tính toán lý thuyết và thực nghiệm của tấm A ...................... 102 3.4.2. So sánh kết quả tính toán giữa lý thuyết và thực nghiệm của tấm K .............. 102 3.5. So sánh giá trị STL theo các nhóm kết cấu ....................................................... 103 3.5.1. Tấm có khối lượng riêng lớp lõi khác nhau, cùng chiều dày lớp da, cùng chiều dày lớp lõi: Tấm A và Tấm C; Tấm I và Tấm K ...................................................... 103 3.5.2.Tấm có chiều dày lớp da khác nhau, cùng chiều dày lớp lõi, cùng khối lượng riêng lớp lõi: tấm E và tấm F; tấm G và tấm H ....................................................... 105 3.5.3.Tấm có chiều dày lớp lõi khác nhau, cùng chiều dày lớp da, cùng khối lượng riêng lớp lõi: Tấm E và tấm G; tấm F và tấm H .............................................................. 108 3.6. Nhận xét chung chương 3 ................................................................................ 110 3.7. Kết luận chương 3 ............................................................................................ 110 CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIẢM ỒN BUỒNG MÁY TÀU KHÁCH VỎ COMPOSITE ................................................................................................. 112 4.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................ 112 4.2. Các phương pháp giảm ồn đối với động cơ diesel (máy chính) lắp đặt trên tàu khách vỏ composite ............................................................................................... 113 vii
4.2.1. Tiếng ồn từ động cơ ...................................................................................... 113 4.2.2. Các phương pháp giảm ồn động cơ diesel tàu thủy ........................................ 117 4.3. Một số nhận xét ............................................................................................... 119 4.4. Ứng dụng giảm ồn buồng máy tàu khách vỏ composite .................................... 120 4.4.1. Giới thiệu chung về tàu nghiên cứu ............................................................... 121 4.4.2. Các thông số chính ........................................................................................ 121 4.4.3. Thông số động cơ .......................................................................................... 121 4.4.4. Bố trí chung toàn tàu ..................................................................................... 122 4.4.5. Nắp buồng máy ............................................................................................. 122 4.5. Kết quả đo độ ồn khi tàu GW01 hoạt động ....................................................... 123 4.5.1. Phương pháp, thiết bị, vị trí đo và quy trình đo .............................................. 123 4.5.2. Kết quả đo ..................................................................................................... 124 4.6. Phương án xử lý độ ồn ..................................................................................... 128 4.6.1. Kết quả đo độ ồn khi tàu VQGNC hoạt động ................................................ 129 4.6.2. So sánh kết quả đo độ ồn của hai tàu ............................................................. 132 4.6.3. Nhận xét chung chương 4 .............................................................................. 135 4.7. Kết luận chương 4 ............................................................................................ 135 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .......................................................................... 137 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ......................................................................... 139 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 140 PHỤ LỤC viii
DANH MỤC KÝ HIỆU CHỮ LA TINH Aij : Các thành phần của ma trận độ cứng màng; A-K : Ký hiệu các tấm composite sandwich thứ tự từ A đến K. AP : Diện tích bề mặt (m2); Bs : Tạp âm nền; Bij : Các thành phần của ma trận tương tác màng – uốn – xoắn; c : Vận tốc âm thanh (m/s); cυ : Hệ số co dãn độ nhớt; Dij : Các thành phần của ma trận độ cứng uốn; Dx : Độ cứng uốn theo phương x (Nm); Dy : Độ cứng uốn theo phương y (Nm); E : Mô đun Young (GPa); ƒ : Tần số (Hz); Gc : Mô đun cắt (GPa); h : Chiều dày mẫu (m); I : Cường độ âm (W/m 2); k : Số sóng; L1 : Mức áp suất âm trung bình đo được trong phòng phát (dB); L2 : Mức áp suất âm trung bình đo được trong phòng thu (dB); LP : Áp suất âm (dB); m : Khối lượng (kg); m* : Khối lượng bề mặt của tấm (kg/m2); M2 : Mẫu composite sandwich M2; M3 : Mẫu composite sandwich M3; M4 : Mẫu composite sandwich M4; M5 : Mẫu composite sandwich M5; M6 : Mẫu composite sandwich M6; M7 : Mẫu composite sandwich M7; M8 : Mẫu composite sandwich M8; M9 : Mẫu composite sandwich M9; M10 : Mẫu composite sandwich M10; M11 : Mẫu composite sandwich M11; P0 : Áp suất âm đối chiếu (dB); ix
PA : Áp suất âm tức thời (dB); PU1 : Foam - PU có tỷ trọng 46,88kg/m3 ; PU2 : Foam - PU có tỷ trọng 57,87kg/m3 ; PU3 : Foam - PU có tỷ trọng 79,88kg/m3 ; PU4 : Foam - PU có tỷ trọng 114,58kg/m3 ; PU5 : Foam - PU có tỷ trọng 218,14kg/m3 ; S2 : Tổng diện tích bề mặt phía trong phòng thu (m2); STL : Tổn thất truyền âm - Sound Transmission Loss (dB); T : Chu kỳ sóng (s); T2 : Thời gian vang của phòng thu (s); t1 : Chiều dày lớp da trên (m); t2 : Chiều dày lớp da dưới (m); tc : Chiều dày lớp lõi (m); u : Vận tốc dao động các phần tử (m/s); V2 : Thể tích của phòng thu (m3); W : Năng lượng lưu trữ nhiệt (J); w : Chuyển vị uốn của tấm (m); WR800 : Sợi thủy tinh dệt vuông góc 00/900, có khối lượng riêng là 0,8kg/m2; Zs : Trở kháng âm; CHỮ HY LẠP α2 : Hệ số hấp thụ trung bình trong phòng thu; ζ : Tỷ số giảm chấn; λ : Bước sóng (m); Π : Năng lượng dao động (J); ρ : Tỷ trọng (kg/m3); ρ0 : Tỉ trọng của không khí (kg/m3) τ : Hệ số truyền của vách ngăn; υ : Hệ số Poisson; Φi : Hàm thế vận tốc của trường âm thanh; ωn : Tần số góc (rad/s). x
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BEA : Boundary element analysis (Phân tích phần tử biên); BPO : Benzoyl Peroxide CSM : E-glass chopped strand mat (Sợi thủy tinh dạng matting) GRP : Glass reinforced plastic (Vật liệu composite) GW01 : Tàu Green World 01; KLBM : Khối lượng bề mặt (kg/m2) Lt : Lý thuyết ; MEKP : Methyl Ethyl Ketone Peroxide (Chất đông rắn); MEKP : Metyl etyl kepton peroxite (Chất đông rắn) NCS : Nghiên cứu sinh; PTHH : Phần tử hữu hạn; PU : Poly urethane (Vật liệu lõi foam) PVC : Poly vinyl clorua (Nhựa nhiệt dẻo); SEA : Statistical energy analysis – SEA (Phân tích thống kê năng lượng); SP : Sound pressure (Áp suất âm); SPL : Sound pressure level (Mức áp suất âm); STL : Sound tranmission loss (Tổn thất truyền âm); Tn : Thí nghiệm; TSDĐR : Tần số dao động riêng; v/ph : vòng/phút; VQGNC : Tàu Vườn Quốc Gia Núi Chúa; WIA : Wave impedance analysis (Phân tích trở kháng sóng); xi
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Cơ tính riêng của một số vật liệu thường gặp ............................................... 8 Bảng 1.2. Cơ tính riêng của một số vật liệu lõi thường gặp .......................................... 9 Bảng 1.3. Sự cải tiến về mặt độ cứng và sức bền khi thay đổi kết cấu ........................ 11 Bảng 1.4. Tám Octave cho phép ................................................................................ 23 Bảng 2.1. Tổng hợp các các thông số của mẫu thử .................................................... 47 Bảng 2.2. Giá trị đo tổn thất truyền âm qua tấm thép ................................................ 49 Bảng 2.3. Giá trị đo STL của mẫu composite sandwich M2 ...................................... 51 Bảng 2.4. Giá trị đo STL của mẫu composite sandwich M3 ...................................... 52 Bảng 2.5. Giá trị đo STL của mẫu composite sandwich M4 ...................................... 54 Bảng 2.6. Giá trị đo STL của mẫu composite sandwich M5 ...................................... 55 Bảng 2.7. Giá trị đo STL của mẫu composite sandwich M6 ...................................... 57 Bảng 2.8. Giá trị đo STL của mẫu composite sandwich M7 ...................................... 58 Bảng 2.9. Giá trị đo STL của mẫu composite sandwich M8 ...................................... 60 Bảng 2.10. Giá trị đo STL của mẫu composite sandwich M9 .................................... 61 Bảng 2.11. Giá trị đo STL của mẫu composite sandwich M10 .................................. 63 Bảng 2.12. Giá trị đo STL của mẫu composite sandwich M11 .................................. 64 Bảng 3.1. Hằng số vật liệu của 10 tấm composite sandwich thí nghiệm .................... 78 Bảng 3.2. Thông số hình học của các dầm ................................................................ 80 Bảng 3.3. Mười tần số tự do đầu tiên của dầm A, B .................................................. 83 Bảng 3.4. Mười tần số tự do đầu tiên của dầm C, D .................................................. 83 Bảng 3.5. Mười tần số tự do đầu tiên của dầm E, F ................................................... 83 Bảng 3.6. Mười tần số tự do đầu tiên của dầm G, H .................................................. 83 Bảng 3.7. Mười tần số tự do đầu tiên của dầm I, K ................................................... 84 Bảng 3.8. Xác định hệ số αn ...................................................................................... 88 Bảng 3.9. Độ cứng uốn biểu kiến của dầm A, B ........................................................ 88 Bảng 3.10. Độ cứng uốn biểu kiến của dầm C, D ...................................................... 88 Bảng 3.11. Độ cứng uốn biểu kiến của dầm E, F ....................................................... 89 Bảng 3.12. Độ cứng uốn biểu kiến của dầm G, H ...................................................... 89 xii
Bảng 3.13. Độ cứng uốn biểu kiến của dầm I, K ....................................................... 89 Bảng 3.14. Các hệ số của phương trình hồi quy cho các dầm .................................... 91 Bảng 3.15. Phương trình hồi quy cho các dầm .......................................................... 92 Bảng 3.16. Thông số hình học và cơ tính của dầm Nhôm-PU ................................... 93 Bảng 3.17. Độ cứng uốn biểu kiến của dầm A và B trong dải 1/3 Octave ................. 95 Bảng 3.18. Độ cứng uốn biểu kiến của dầm C và D trong dải 1/3 Octave ................. 95 Bảng 3.19. Độ cứng uốn biểu kiến của dầm E và F trong dải 1/3 Octave .................. 96 Bảng 3.20. Độ cứng uốn biểu kiến của dầm G và H trong dải 1/3 Octave ................. 96 Bảng 3.21. Độ cứng uốn biểu kiến của dầm I và K trong dải 1/3 Octave ................... 97 Bảng 3.22. Giá trị tính toán STL qua các tấm từ A đến K ......................................... 98 Bảng 3.23. So sánh giá trị STL lý thuyết với thực nghiệm cho tấm A và C ............. 103 Bảng 3.24. So sánh giá trị STL lý thuyết với thực nghiệm cho tấm I và K .............. 104 Bảng 3.25. So sánh giá trị STL lý thuyết với thực nghiệm cho tấm E và F .............. 106 Bảng 3.26. So sánh giá trị STL lý thuyết với thực nghiệm cho tấm G và H ............. 107 Bảng 3.27. So sánh giá trị STL lý thuyết với thực nghiệm cho tấm E và G ............. 108 Bảng 3.28. So sánh giá trị STL lý thuyết với thực nghiệm cho tấm F và H .............. 109 Bảng 4.1. Độ ồn của tàu GW 01 khi n = 1000 và 1500 (v/ph) ................................. 127 Bảng 4.2. Độ ồn của tàu GW01 khi n = 1800 và 2000 (v/ph) .................................. 128 Bảng 4.3. Độ ồn của tàu GW 01 khi n = 2350v/ph .................................................. 128 Bảng 4.4. Độ ồn của tàu VQGNC khi n = 1000 và 1500 (v/ph) ............................... 132 Bảng 4.5. Độ ồn của tàu VQGNC khi n = 1800 và 2000 (v/ph) ............................... 132 Bảng 4.6. Độ ồn của tàu VQGNC khi n = 2350v/ph................................................ 132 Bảng 4.7. So sánh độ ồn phía bên ngoài buồng máy của hai tàu tương ứng với tần số âm thanh động cơ và các chế độ vòng quay khai thác ............................................. 133 xiii
DANH MỤC HÌNH Hình 1. Tàu đánh cá chế tạo bằng vật liệu composite. ................................................. 1 Hình 2. Cano du lịch vỏ composite. ............................................................................. 1 Hình 3. Tàu đáy kính vỏ composite.............................................................................. 2 Hình 4. Tàu chở khách vỏ composite. .......................................................................... 2 Hình 5. Tàu kiểm ngư vỏ composite. ........................................................................... 2 Hình 1.1. Cấu tạo vật liệu composite sandwich ........................................................... 8 Hình 1.2. Các dạng lõi của vật liệu composite sandwich ............................................. 9 Hình 1.3. Vật liệu composite sandwich lõi foam - PU ............................................... 10 Hình 1.4. Vật liệu composite sandwich ..................................................................... 11 Hình 1.5. Nhựa polyester không no ........................................................................... 12 Hình 1.6. Chất đông rắn MEKP ................................................................................ 13 Hình 1.7. Vải thủy tinh dạng Woven Rowing ............................................................ 14 Hình 1.8. Sợi thủy tinh dạng Matting ........................................................................ 14 Hình 1.9. Vật liệu lõi – Divinycell H80...................................................................... 15 Hình 1.10. Vật liệu lõi – Sphere core ......................................................................... 16 Hình 1.11. Vật liệu lõi – Polyurethane ...................................................................... 16 Hình 1.12. Sóng hình sin ........................................................................................... 17 Hình 1.13. Bước sóng ................................................................................................ 18 Hình 1.14. Biểu đồ thể hiện biên độ và bước sóng ..................................................... 18 Hình 1.15. Biểu đồ áp suất âm ................................................................................... 19 Hình 1.16. Cường độ âm ............................................................................................ 21 Hình 1.17. Các dải tần số 1 octave và 1/3 octave ....................................................... 22 Hình 2.1. Sơ đồ dòng năng lượng giữa kết cấu và trường vang ................................. 38 Hình 2.2. Sơ đồ khối cho các dòng năng lượng giữa kết cấu với hai phòng vang ............. 38 Hình 2.3. Mô hình bộ truyền âm qua kết cấu tấm. ..................................................... 39 Hình 2.4. Đo truyền âm bằng phương pháp hai phòng .............................................. 40 Hình 2.5. Sơ đồ phòng đo tổn thất truyền âm ............................................................ 44 xiv
Hình 2.6. Thiết bị thí nghiệm, mặt ngoài phòng thí nghiệm ....................................... 45 Hình 2.7. Gắn tấm mẫu thử ....................................................................................... 45 Hình 2.8. Đo STL qua các mẫu thử composite sandwich .......................................... 46 Hình 2.9a. Chế tạo lớp da dưới ................................................................................. 46 Hình 2.9b. Chế tạo lớp da trên ................................................................................... 46 Hình 2.9c. Liên kết với lớp lõi ................................................................................ 46 Hình 2.10. Các tấm mẫu composite............................................................................ 46 Hình 2.11. Vị trí các điểm đo .................................................................................... 47 Hình 2.12. Đo STL qua mẫu thép ............................................................................. 48 Hình 2.13. Đồ thị đo STL qua mẫu thép tiêu chuẩn ................................................... 49 Hình 2.14. Đo STL qua mẫu composite sandwich M2 .............................................. 50 Hình 2.15. Đồ thị STL thực nghiệm qua mẫu composite sandwich M2 ..................... 51 Hình 2.16. Đo STL qua mẫu composite sandwich M3 .............................................. 52 Hình 2.17. Đồ thị STL thực nghiệm qua mẫu composite sandwich M3 ..................... 53 Hình 2.18. Đo STL qua mẫu composite sandwich M4 .............................................. 53 Hình 2.19. Đồ thị STL thực nghiệm qua mẫu composite sandwich M4 ..................... 54 Hình 2.20. Đo STL qua mẫu composite sandwich M5 .............................................. 55 Hình 2.21. Đồ thị STL thực nghiệm qua mẫu composite sandwich M5 ..................... 56 Hình 2.22. Đo STL qua mẫu composite sandwich M6 .............................................. 56 Hình 2.23. Đồ thị STL thực nghiệm qua mẫu composite sandwich M6 ..................... 57 Hình 2.24. Đo STL qua mẫu composite sandwich M7 .............................................. 58 Hình 2.25. Đồ thị STL thực nghiệm qua mẫu composite sandwich M7 ..................... 59 Hình 2.26. Đo STL qua mẫu composite sandwich M8 .............................................. 59 Hình 2.27. Đồ thị STL thực nghiệm qua mẫu composite sandwich M8 ..................... 60 Hình 2.28. Đo STL qua mẫu composite sandwich M9 .............................................. 61 Hình 2.29. Đồ thị STL thực nghiệm qua mẫu composite sandwich M9 ..................... 62 Hình 2.30. Đo STL qua mẫu composite sandwich M10 ............................................ 62 Hình 2.31. Đồ thị STL thực nghiệm qua mẫu composite sandwich M10 ................... 63 Hình 2.32. Đo STL qua mẫu composite sandwich M11 ............................................ 64 xv
Hình 2.33. Đồ thị STL thực nghiệm qua mẫu composite sandwich M11 ................... 65 Hình 3.1. Mô hình tấm composite sandwich ............................................................. 68 Hình 3.2. Sơ đồ truyền âm qua một tấm composite sandwich hình chữ nhật ngàm bốn cạnh ... 71 Hình 3.3. Số lớp tấm A, C, E, G ................................................................................ 78 Hình 3.4. Số lớp tấm B, D, F, H, I, K ........................................................................ 78 Hình 3.5. Tấm composite sandwich và Dầm Ax(A0), Ay(A90) ................................ 79 Hình 3.6. Phần tử Shell 181, 8 nút cho lớp da ........................................................... 81 Hình 3.7. Phần tử Solid 186, 20 nút cho lớp lõi ......................................................... 81 Hình 3.8. Sơ đồ thuật toán tính 10 tần số dao động tự do đầu tiên của dầm ............... 81 Hình 3.9. Mô hình dầm composite sandwich ............................................................. 82 Hình 3.10. Mô hình lưới phần tử dầm sandwich ........................................................ 82 Hình 3.11. Mô hình mặt cắt của 15 phần tử ............................................................... 82 Hình 3.12. Mười mode dao động tự do của dầm Ax(A0) ............................................ 87 Hình 3.13. Đường cong hồi quy theo thực nghiệm và nội suy của dầm Nhôm ........... 93 Hình 3.14. Đường cong hồi quy của dầm A0 và A90 ................................................ 94 Hình 3.15. Đường cong hồi quy của dầm B0 và B90 ................................................ 94 Hình 3.16. Tổn thất truyền âm qua tấm A ................................................................. 98 Hình 3.17. Tổn thất truyền âm qua tấm B ................................................................. 99 Hình 3.18. Tổn thất truyền âm qua tấm C ................................................................. 99 Hình 3.19. Tổn thất truyền âm qua tấm D ................................................................. 99 Hình 3.20. Tổn thất truyền âm qua tấm E ................................................................ 100 Hình 3.21. Tổn thất truyền âm qua tấm F ................................................................ 100 Hình 3.22. Tổn thất truyền âm qua tấm G ............................................................... 100 Hình 3.23. Tổn thất truyền âm qua tấm H ............................................................... 101 Hình 3.24. Tổn thất truyền âm qua tấm I ................................................................. 101 Hình 3.25. Tổn thất truyền âm qua tấm K ............................................................... 101 Hình 3.26. Đồ thị so sánh giữa lý thuyết và thực nghiệm của tấm A ....................... 102 Hình 3.27. Đồ thị so sánh giữa lý thuyết và thực nghiệm của tấm K ....................... 102 Hình 3.28. Đồ thị so sánh STL qua tấm A và C ....................................................... 104 xvi
Hình 3.29. Đồ thị so sánh STL qua tấm I và K ........................................................ 105 Hình 3.30. Đồ thị so sánh STL qua tấm E và F ....................................................... 106 Hình 3.31. Đồ thị so sánh STL qua tấm G và H ...................................................... 107 Hình 3.32. Đồ thị so sánh STL qua tấm E và G ....................................................... 108 Hình 3.33. Đồ thị so sánh STL qua tấm F và H ....................................................... 109 Hình 4.1. Một số khu vực phát sinh nguồn ồn của động cơ ...................................... 114 Hình 4.2. Các khu vực tập trung tiếng ồn của động cơ diesel tàu thủy ..................... 115 Hình 4.3a. Mức ồn của động cơ diesel .................................................................... 115 Hình 4.3b. Khu vực phát ồn của động cơ diesel ..................................................... 116 Hình 4.4. Giới hạn mức ồn của động cơ ................................................................. 116 Hình 4.5. Một số thiết bị tiêu âm điển hình ............................................................ 118 Hình 4.6. Bình tiêu âm kết hợp ............................................................................... 119 Hình 4.7. Tường cách âm ........................................................................................ 119 Hình 4.8. Tàu GW01............................................................................................... 122 Hình 4.9. Tàu VQGNC .......................................................................................... 121 Hình 4.10. Bố trí chung 02 tàu khách ..................................................................... 122 Hình 4.11. Bố trí chung nắp buồng máy 02 tàu ....................................................... 122 Hình 4.12. Thiết bị đo độ ồn ................................................................................... 123 Hình 4.13. Vị trí đo ................................................................................................. 123 Hình 4.14. Đo trong buồng máy............................................................................... 124 Hình 4.15. Đo ngoài buồng máy ............................................................................. 124 Hình 4.16. Hình ảnh đo xung độ ồn của tàu GW 01 khi n = 1500v/ph ..................... 127 Hình 4.17. Hình ảnh đo xung độ ồn của tàu VQGNC khi n = 1500v/ph ................. 131 Hình 4.18. So sánh độ ồn của 2 tàu khi n = 1000(v/ph) ........................................... 133 Hình 4.19. So sánh độ ồn của 2 tàu khi n = 1500(v/ph) ........................................... 133 Hình 4.20. So sánh độ ồn của 2 tàu khi n = 1800(v/ph) ........................................... 134 Hình 4.21. So sánh độ ồn của 2 tàu khi n = 2000(v/ph) ........................................... 134 Hình 4.22. So sánh độ ồn của 2 tàu khi n = 2350(v/ph) ........................................... 134 xvii
TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN Tên luận án: “Nghiên cứu tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich và ứng dụng vào giảm ồn tàu thủy”. Ngành/chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 9520116 Nghiên cứu sinh: Đinh Đức Tiến Khóa: 2013 Người hướng dẫn: 1. GS. TS. Trần Ích Thịnh 2. T.S. Nguyễn Văn Đạt Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Nha Trang Nội dung: 1. Đưa ra được cách tiếp cận cả lý thuyết lẫn thực nghiệm một cách tin cậy và khoa học trong việc xác định tổn thất truyền âm, từ đó đi đến việc giảm tiếng ồn trong phương tiện thủy. 2. Chế tạo mẫu và xây dựng thực nghiệm tổn thất truyền âm của tấm composite sandwich thông qua số liệu đo mức áp suất âm. 3. Thiết lập mô hình tính toán dao động âm cho tấm sandwich có lớp da bằng vật liệu composite sandwich cốt sợi thủy tinh đồng phương nền polymer, lớp lõi bằng foam - PU ngàm bốn cạnh. Một sáng kiến đáng chú ý là việc xác định độ cứng uốn biểu kiến của tấm composite sandwich được xác định qua độ cứng uốn của dầm nhờ phương pháp phần tử hữu hạn mà không cần tiến hành các thí nghiệm tốn kém. Trên cơ sở đó xác định công thức tính tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich. 4. Các số liệu thực nghiệm và kết quả tính toán lý thuyết được trình bày trong luận án đảm bảo độ tin cậy, có giá trị thực tiễn. 5. Các kết quả nghiên cứu đã được ứng dụng vào chế tạo kết cấu giảm ồn cho buồng máy tàu thủy điển hình tại Viện nghiên cứu chế tạo Tàu thủy – Trường Đại học Nha Trang. Người hướng dẫn Nghiên cứu sinh (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) GS.TS. Trần Ích Thịnh; TS. Nguyễn Văn Đạt Đinh Đức Tiến xviii
Thesis title: “Study on sound transmission loss through composite sandwich plates and application to noise reduction in ships”. Major : Mechanical Dynamics Engineering Major code : 9520116 PhD Student : Dinh Duc Tien Course : 2013 Supervisor : 1. Prof. PhD. Tran Ich Thinh; 2. PhD. Nguyen Van Dat Education Institution: Nha Trang University Key Findings: 1. Provided both theoretical and experimental approaches in a reliable and scientific manner to determine sound transmission losses across composite sandwich plates in order to reduce noise in ships. 2. Fabricated samples and carried out the experiment to measure sound transmission losses across composite sandwich plates using the sound pressure levels. 3. Established the computational model and governing vibro-acoustic equation for composite sandwich plates with fiberglass/polyester orthotropic face sheets and polyurethane - PU foam isotopic core. On that basis, developed an explicit formula, procedure and computer program in Matlab R14 to calculate sound transmission losses across clamped composite sandwich plates. A noticeable achievement is the determination of the apparent bending stiffness of the composite sandwich plates by applying the finite element method on the sandwich beams cut out from the plates instead of costly experiments. 4. Experimental data and numerical results presented in the thesis ensure reliability and practical implications. 5. The research results have been applied to manufacture the noise reduction structure of a typical ship’s engine room at Institute of Ship Research and Development, Nha Trang University. PhD Student Dinh Duc Tien xix
MỞ ĐẦU 1. LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Vật liệu composite được biết đến lần đầu tiên vào khoảng thập niên 30, bắt đầu sử dụng trong đóng tàu vào những năm đầu thập kỷ 40 của thế kỷ 20, và phát triển nhanh chóng trong khoảng 20 năm trở lại đây. Ngày nay, vật liệu composite được sử dụng phổ biến trong công nghiệp ô tô, hàng hải và máy bay vì có nhiều ưu điểm. Trong lĩnh vực tàu thuyền, vật liệu composite (cốt sợi thủy tinh, nhựa nền hữu cơ) được sử dụng ngày càng nhiều, đặc biệt trong chế tạo ca nô du lịch, các loại tàu cao tốc, tàu cá, các loại tàu quét mìn dùng cho quân đội, dùng bọc tàu vỏ gỗ, kiến trúc thượng tầng, cột buồm, ống khói. Ngoài ra, vật liệu composite còn được sử dụng để chế tạo chân vịt và cánh quạt,… Hình 1. Tàu đánh cá chế tạo bằng vật liệu composite Hình 2. Cano du lịch vỏ composite 1