Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Cơ học: Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi" nhằm hiểu rõ được bản chất của bài toán truyền âm thanh qua kết cấu dạng tấm kim loại đẳng hướng và tấm composite, cốt sợi trực hướng; Giải được bài toán truyền âm qua kết cấu tấm composite, cốt sợi trực hướng; tấm kép composite, cốt sợi trực hướng chứa khoang không khí và tấm composite sandwich có lõi bằng vật liệu xốp.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Cơ học: Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM NGỌC THÀNH NGHIÊN CỨU SỰ TRUYỀN ÂM QUA TẤM COMPOSITE LỚP CỐT SỢI Ngành: Cơ học Mã số: 9440109 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC Hà Nội - 2022
2 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS. TRẦN ÍCH THỊNH Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ……… Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
3 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 1. Đinh Đức Tiến, Nguyễn Văn Đạt, Trần Ích Thịnh và Phạm Ngọc Thành (2016), “Nghiên cứu thực nghiệm tổn thất truyền âm qua kết cấu tấm composite sandwich dùng trong tàu thủy”, Tuyển tập các công trình khoa học, Hội nghị khoa học toàn quốc, Vật liệu và kết cấu composite Cơ học, Công nghệ và Ứng dụng, Nha Trang, Nxb. KHTN & CN, pp 713-720. 2. Tran Ich Thinh and Pham Ngoc Thanh (2017), “Vibroacoustic response of an orthotropic composite laminated plate”, Tuyển tập các công trình khoa học, Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ X, Hà Nội, Nxb. KHTN & CN, pp 1142-1150. 3. Tran Ich Thinh and Pham Ngoc Thanh (2018), “Vibroacoustic behaviour of a clamped orthotropic composite plate”, Tuyển tập các công trình khoa học toàn quốc, Cơ học Vật rắn biến dạng lần thứ XIV, Tp. Hồ Chí Minh, Nxb. KHTN & CN, pp 668-676. 4. Pham Ngoc Thanh and Tran Ich Thinh (2018), “The effect of several parameter on sound transmission loss across finite orthotropic composite plates”, Tuyển tập các công trình khoa học toàn quốc, Cơ học Vật rắn biến dạng lần thứ XIV, Tp. Hồ Chí Minh, Nxb. KHTN & CN, pp 594-601. 5. Tran Ich Thinh and Pham Ngoc Thanh (2018), “Vibroacoustic response of a finite clamped laminated composite plate”, Proceedings of ICERA, indexed by SCOPUS. H. Fujita et al. (Eds.): ICERA 2018, LNNS 63, pp. 589–600, 2019. Springer Nature Switzerland AG 2019, https://doi.org/10.1007/978-3-030-04792-4_76 . 6. Pham Ngoc Thanh and Tran Ich Thinh (2019), “The influence of several parameter on sound transmission loss through a finite clamped laminated composite double-plate with enclosed air cavity”, Tuyển tập các công trình khoa học, Hội nghị Cơ học kỹ thuật toàn quốc Kỷ niệm 40 năm thành lập Viện Cơ học, Nxb. KHTN & CN, pp 349-356. 7. Tran Ich Thinh and Pham Ngoc Thanh (2019), “Vibro-acoustic behavior of a finite clamped orthotropic laminated composite double-plate with enclosed air cavity”, Tuyển tập các công trình khoa học, Hội nghị Cơ học kỹ thuật toàn quốc Kỷ niệm 40 năm thành lập Viện Cơ học, Nxb. KHTN & CN, pp 381-388. 8. Đinh Đức Tiến, Phạm Ngọc Thành, Nguyễn Văn Đạt và Trần Ích Thịnh (2019), “Xác định độ cứng uốn biểu kiến của tấm composite sandwich bằng phương pháp số và ứng dụng trong bài toán truyền âm”, Tuyển tập các công trình khoa học, Hội nghị Cơ học kỹ thuật toàn quốc Kỷ niệm 40 năm thành lập Viện Cơ học, Nxb. KHTN & CN, pp 424-431.
4 9. Tran Ich Thinh and Pham Ngoc Thanh (2019), “Vibroacoustic analysis of a clamped finite orthotropic laminated double-composite plate with an air cavity”, Vietnam Journal of Mechanics, VAST, Vol. 41, No. 3, pp. 257 – 272. https://doi.org/10.15625/0866-7136/13723. 10. Pham Ngoc Thanh and Tran Ich Thinh (2019), “Sound transmission loss across a finite simply supported double-laminated composite plate with enclosed air cavity”, Vietnam Journal of Science and Technology, Vol 57 (6), pp 749-761. Doi:10.15625/2525-2518/57/6/13838. 11. Pham Ngoc Thanh and Tran Ich Thinh (2019), “Sound transmission loss across a finite clamped double-laminated composite plate with poroelastic material”, Vietnam Journal of Science and Technology, Vol 57 (6A), pp 150- 160. Doi:10.15625/2525-2518/57/6A/14655. 12. Pham Ngoc Thanh and Tran Ich Thinh (2019), “Vibroacoustic response of a finite simply supported double-composite plate filled with an air cavity”, Proceedings of ICERA 2019 indexed by SCOPUS, LNNS 104, pp. 720–732, 2020. Springer Nature Switzerland AG 2020, https://doi.org/10.1007/978-3- 030-37497-6_83. 13. Tran Ich Thinh and Pham Ngoc Thanh (2020), “Theoretical and experimental study of sound transmission loss across finite clamped composite sandwich plates”, Proceedings of the ICERA 2020 indexed by SCOPUS, LNNS 178, pp. 820–831. https://doi.org/10.1007/978-3-030- 64719-3_90. 14. Tran Ich Thinh and Pham Ngoc Thanh (2020), “Vibroacoutic behavior of finite composite sandwich plates with foam core”, The international Conference on Modern Mechanics and Applications, ICOMMA, indexed by SCOPUS, pp.26-53. https://doi.org/10.1007/978-981-16-3239-6. 15. Pham Ngoc Thanh and Tran Ich Thinh (2021), “Vibroacoustic analysis of a finite simply supported double- composite sandwich plate filled with poroelastic materials”, Tuyển tập các công trình khoa học, Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ học Vật rắn lần thứ XV, Nxb. Đại học Thái Nguyên, pp 856-865. 16. Tran Ich Thinh and Pham Ngoc Thanh (2021), “Prediction and Measurement of Sound Transmission Loss for Finite Clamped Composite Sandwich Plates”, Tuyển tập các công trình khoa học, Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ học Vật rắn lần thứ XV, Nxb. Đại học Thái Nguyên, pp 937- 946. 17. Tran Ich Thinh, Ta Thi Hien and Pham Ngoc Thanh (2021), “Experimental investigation of the accuracy of a vibroacoustic model for clamped sandwich- composite plates”, Tuyển tập các công trình khoa học, Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ học Vật rắn lần thứ XV, Nxb. Đại học Thái Nguyên, pp 924-936.
1 GIỚI THIỆU VỀ LUẬN ÁN 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Vật liệu composite, cốt sợi/nền polymer đã được ứng dụng ngày càng nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau như: trong chế tạo tàu khách, tàu du lịch vỏ composite, tấm cabin, tấm vách ngăn composite; vỏ máy bay cỡ nhỏ v.v. Bên cạnh các đề tài về công nghệ, nhiều đề tài nghiên cứu khoa học về độ bền, ổn định và dao động tuyến tính, dao động phi tuyến của các kết cấu Composite cốt sợi, Composite FGM v.v. đã được đặt ra và thực hiện trong các nhóm nghiên cứu khoa học, chẳng hạn nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Quốc gia Hà Nội, Viện Cơ học, Đai học Xây Dựng, Học Viện Kỹ thuật Quân Sự, v.v. Tuy nhiên, hướng nghiên cứu về sự truyền âm qua các kết cấu tấm và vỏ composite lớp dị hướng, cốt sợi/nền hữu cơ còn bỏ ngỏ và còn rất ít kết quả công bố. Xuất phát từ thực tế ứng dụng vật liệu Composite cốt sợi/ nền polymer ở Việt Nam và từ phân tích các kết quả nghiên cứu hiện có trong nước và trên thế giới về lĩnh vực truyền âm và dao động âm, luận án đã đặt vấn đề: “ 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN + Hiểu rõ được bản chất của bài toán truyền âm thanh qua kết cấu dạng tấm kim loại đẳng hướng và tấm composite, cốt sợi trực hướng. + Giải được bài toán truyền âm qua kết cấu tấm composite, cốt sợi trực hướng; tấm kép composite, cốt sợi trực hướng chứa khoang không khí và tấm composite sandwich có lõi bằng vật liệu xốp. + Làm chủ được quy trình thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm đo tổn thất truyền âm qua các mẫu tấm composite sandwich cốt sợi thủy tinh/nền polyester không no có lõi là PU xốp. + Khẳng định được độ tin cậy của các công thức và chương trình máy tính tự thiết lập trong môi trường Matlab bằng cách so sánh các kết quả tính toán lý thuyết với thực nghiệm nhằm tạo nền tảng cho các nghiên cứu chuyên sâu tiếp theo. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu của luận án: - Tấm Composite lớp cốt sợi trực hướng, hữu hạn hình chữ nhật. - Tấm kép Composite lớp cốt sợi trực hướng, hữu hạn hình chữ nhật có chứa khoang khí.
2 - Tấm Composite lớp sandwich, hữu hạn hình chữ nhật có hai lớp da là composite lớp trực hướng và lớp lõi là vật liệu polymer xốp. Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu sự truyền âm qua kết cấu composite lớp cốt sợi/ nền polymer dạng tấm, tấm kép có khoang khí và tấm composite sandwich có lõi là vật liệu xốp chịu các điều kiện biên khác nhau (ngàm và tựa bản lề bốn cạnh). - Vật liệu composite được giả thiết là đồng nhất, trực hướng, bề mặt tấm composite là trơn phẳng và làm việc trong giới hạn đàn hồi. Các tấm đều mỏng và thỏa mãn lý thuyết tấm Kirchhoff, lý thuyết truyền âm và lý thuyết Biot cho vật liệu xốp. 4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN Trong những thập niên cuối của thế kỷ 20 và từ đầu thế kỷ 21 đến nay, vấn đề cách âm, giảm ồn trong nhiều lĩnh vực công nghiệp đã và đang được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu, nhưng còn nhiều vấn đề về truyền âm qua các kết cấu tấm composite lớp, tấm kép composite lớp và tấm composite sandwich có lõi bằng vật liệu polymer xốp chưa được giải quyết một cách thấu đáo và triệt để. Để có thể thiết kế tối ưu và tăng khả năng cách âm, giảm ồn qua các kết cấu Composite lớp cốt sợi/ nền polymer với những ứng dụng cụ thể nào đó trong thực tế, ta cần phải tiến hành nghiên cứu giải các bài toán truyền âm qua các kết cấu cả về mặt lý thuyết lẫn thực nghiệm và phải tính đến các yếu tố ảnh hưởng đến ứng xử dao động âm của các kết cấu này. Vì vậy, việc nghiên cứu về truyền âm qua các kết cấu tấm composite lớp trực hướng cốt sợi là có ý nghĩa khoa học và thực tiễn rõ ràng. 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Luận án đã sử dụng phương pháp lý thuyết kết hợp với phương pháp thực nghiệm để giải quyết các nội dung nghiên cứu đặt ra, cụ thể: - Phương pháp lý thuyết: Xây dựng mô hình, phương trình vể ứng xử dao động âm của một số kết cấu composite lớp trực hướng dạng tấm bị kích thích bởi sóng âm biến thiên điều hòa và tìm công thức xác định tổn thất truyền âm qua các kết cấu tấm composite nói trên. - Phương pháp thực nghiệm: Thiết kế, chế tạo phòng phát, phòng thu và các tấm mẫu composite sandwich cốt sợi thủy tinh/nền polyester không no, lõi là Polyurethane (PU) xốp. Tiến hành thí nghiệm đo tổn
3 thất truyền âm qua các kết cấu tấm composite sandwich nói trên với các thông số hình học và vật liệu khác nhau. 6. CẤU TRÚC LUẬN ÁN Luận án gồm: phần mở đầu, 5 chương, kết luận chung, danh mục các bài báo đã công bố liên quan đến đề tài luận án, tài liệu tham khảo và phụ lục. B. NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Trong chương này, tác giả trình bày tổng quan về truyền âm qua các kết cấu tấm dạng tấm đơn như: Koval [10] sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô hình hóa sự truyền âm qua tấm composite lớp vô hạn trong một khoang kín. Roussos [11] nghiên cứu đặc tính truyền âm qua tấm kim loại đẳng hướng và tấm composite lớp trực hướng đối xứng, hữu hạn chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh. Kuo và các cộng sự [24, 25] nghiên cứu tổn thất truyền âm qua tấm vật liệu composite lớp trực hướng, kích thước vô hạn ở các tần số khác nhau bằng phương pháp ma trận truyền được xác định bởi ứng suất và vận tốc trên mô hình 2D và 3D... Đối với tấm kép có khoang khí: Carneal và Fuller [41, 42] nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm ứng xử dao động âm qua kết cấu tấm nhôm kép đẳng hướng, chữ nhật, hữu hạn chịu liên kết tựa bản lề trên bốn cạnh. Lu và Xin [47] đã nghiên cứu ứng xử dao động âm của các kết cấu có dạng: tấm kim loại hoặc tấm kim loại có gân gia cường, tấm kép kim loại có khoang khí và tấm sandwich gồm: lớp da bằng vật liệu kim loại có lõi bằng vật liệu xốp, lõi dạng sóng hoặc dạng gân gia cường được kích thích bởi sóng âm điều hòa trong môi trường không khí hoặc chất lỏng cả về mặt lý thuyết lẫn thực nghiệm...Đối với tấm composite sandwich có lõi là vật liệu xốp: Biot [48] đã phát triển một lý thuyết truyền sóng ứng suất trong vật liệu xốp bao gồm hai pha (pha rắn và pha lỏng). Bolton và cộng sự [56, 57] đã đưa ra lý thuyết và các phép đo liên quan đến sự truyền âm qua các tấm sandwich kim loại (Nhôm) có lõi bằng vật liệu xốp ( polyurethane - PU) hữu hạn. Lee và Kondo [59] đã nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về tổn thất truyền âm qua kết cấu tấm sandwich có lớp da bằng nhôm, lõi là vật liệu polymer đàn hồi. Lee và cộng sự [62] đã đề xuất một phương pháp gải tích gần đúng để tính toán sự truyền âm thanh qua kết cấu tấm và vỏ sandwich có lớp da kim loại, kích thước lớn vô
4 hạn, lõi bằng vật liệu xốp. Fu và cộng sự [79] nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite sandwich có lớp da bằng vật liệu composite có cơ tính biến thiên (FGM), lõi dạng sóng được điền đầy bởi vật liệu xốp… Luận án đã phân tích các công trình khoa học đã công bố của các tác giả trong và ngoài nước nhằm đánh giá ưu, nhược điểm của các phương pháp, lý thuyết và các mô hình thực nghiệm để nghiên cứu quá trình truyền âm qua các kết cấu trên. Từ các phân tích này và căn cứ vào yêu cầu thực tiễn lựa chọn đề tài, tác giả đưa ra các nội dung nghiên cứu cho luận án. CHƯƠNG 2. TRUYỀN ÂM QUA TẤM COMPOSITE LỚP CỐT SỢI TRỰC HƯỚNG Trong chương hai, luận án sẽ xây dựng mô hình và giải bài toán dao động âm của kết cấu tấm chữ nhật composite lớp trực hướng dựa vào lý thuyết tấm mỏng Kirchhoff và phương pháp tách mốt. Đi tìm công thức liên quan đến các đặc trưng dao động âm của kết cấu và lập chương trình trong môi trường Matlab để tính tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp trực hướng, hữu hạn, các điều kiện biên khác nhau (tựa bản lề hoặc ngàm bốn cạnh) bị kích thích bởi các sóng âm biến thiên điều hòa trong không khí. 2.1. Mô hình kết cấu tấm composite lớp trực hướng Xét một tấm composite lớp trực hướng, hữu hạn, chữ nhật, liên kết bản lề hoặc ngàm bốn cạnh, được gắn với một vách ngăn cứng, vô hạn và cách âm hoàn toàn như thể hiện trong hình 2.1. Hình 2.1 Sơ đồ truyền âm qua tấm composite lớp hình chữ nhật trực hướng hữu hạn liên kết bản lề hoặc ngàm bốn cạnh. 2.2. Phương trình dao động của tấm composite lớp Phương trình dao động của tấm composite lớp trực hướng, đối xứng khi bị kích thích bởi sóng âm phẳng điều hòa trong môi trường không khí và được mô tả bởi [45]:
5  4 w  x, y; t   4 w  x, y; t   4 w  x, y; t  D11  2  D12  2 D66   D22 (2.1) x 4 x y 2 2 y 4  2 w  x, y; t   m*  j0 1  x, y, z; t    2  x, y, z; t    0   t 2 trong đó: Dij (ij =11,12,66,22) là độ cứng uốn của tấm; j  1 là số phức; m* là khối lượng riêng bề mặt của tấm; ρ0 là khối lượng riêng của không khí; ω là tần số góc của sóng tới. Chuyển vị của tấm composite lớp gây ra bởi sóng tới:  j  k x  k y t  w  x, y; t   w0e (2.2) x y Thế vận tốc âm trong miền tới được xác định như sau:     1  x, y, z; t   I mne  j k x x  k y y  k z z t  j k x x  k y y k z z t  mne (2.3) trong đó: Imn, βmn lần lượt là biên độ của sóng tới và sóng phản xạ cộng với sóng bức xạ. Thế vận tốc âm trong miền truyền qua được xác định bởi:    2  x, y, z; t    mn e  j k x x  k y y  k z z t (2.4) trong đó: εmn là biên độ của sóng truyền qua (chiều dương). kx, ky, kz lần lượt là số sóng theo các phương x, y, z, được xác định: kx = k0sinφcosθ; ky = k0 sinφsinθ; kz = k0cosθ. Với k0 =ω/c0 là số sóng âm trong không khí. 2.3. Điều kiện biên của tấm composite lớp Điều kiện biên của tấm composite lớ liên kết tựa bản lề bốn cạnh: 2w Tại x  0, a;  0 < y < b, w = 0, 0 (2.5) x 2 Tại 2w y  0, b;  0 < x < a, w = 0, 0 (2.6) y 2 Điều kiện biên cho tấm composite lớp liên kết ngàm bốn cạnh: w Tại x  0, a;  0 < y < b, w = 0, 0 (2.7) x w Tại y  0, b;  0 < x < a, w = 0, 0 (2.8) y Điều kiện liên tục của tấm composite lớp trực hướng [23], [47]: Tại 1  2 z  0,    j w (2.9) z z
6 1  2 Tại z  h,    j w (2.10) z z Chuyển vị động của tấm có thể được viết lại bằng cách sử dụng các hàm trực giao và các tọa độ tổng quát như sau:  w  x, y; t      x, y   m , n 1 mn mn e jt (2.11) trong đó: φmn là hàm dạng dao động, αmn là hệ số dạng của tấm. Chuyển vị của các hạt âm và áp suất âm được liên hệ bởi phương trình động lượng, như sau [43]: 2 1 p1 2 1 p2 1   ; 2 2   (2.13) t 2 0 z z 0 t 0 z z 0 Theo phương trình Bernoulli, mối quan hệ giữa áp suất âm với thế vận tốc âm là [23]:    pi  0  i  ,  i  1, 2  (2.14)  t  Mối quan hệ giữa hệ số Imn và I0 tương ứng với các điệu kiện biên, cụ thể: Đối với tấm có liên kết tựa bản lề bốn cạnh: I mn   4 I 0 mn 2 1   1 e jkx a   1 e m n  jk y b   1 mn e   j k x a  k yb   (2.15) k a 2 2 x m  2 2  k b 2 2 y n  2 2  Đối với tấm có liên ngàm bốn cạnh: I mn   4 I 0 abk x k y 1  e  jakx 2 2  1  e  jbk y  (2.16)  4m 2 2 a k 2 2 x  4n  2 2 b k 2 2 y  Ta có mối quan hệ giữa các hệ số trong thế vận tốc âm với hệ số dạng của tấm như sau:    mn  I mn   mn ;  mn   mn (2.17) kz kz Áp dụng tính chất của hàm trực giao cho phương trình (2.1) : j qmn  mn qmn  t   * 0  I mn e   j k z t   mn e   j  k z t    mn e   j k z t  2 z z  0 (2.18) z m   Trong đó, qmn  t  là đạo hàm bậc hai chuyển vị dạng của tấm, qmn(t); ωmn là tần số dao động riêng của tấm chữ nhật composite lớp, trực hướng được xác định bởi [105]:
7   4mn  4  4mn  b a  D  2  D12  2 D66  2 mn2  D22  mn dxdy x x y y 4 11 4 mn  2 0 0  (2.19) b a m*   mn .mn dxdy 0 0 2.4. Tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp Công suất âm tới được xác định bởi [47], [58]: b a 1 1  Re   p1v1 dxdy * (2.20) 2 0 0 Công suất âm truyền qua được xác định bởi: b a 1  2  Re   p2v2 dxdy * (2.21) 2 0 0 Hệ số công suất truyền âm được xác định bởi [47], [59]:   0  ,  , f   2 (2.22) 1 Hệ số truyền âm trong trường âm khuếch tán với mọi góc tới φ và góc phương vị θ được xác định bởi [15], [37]: 2  2    , , f   L   , , f  sin  cos  d d L (2.23) d  0 0 0  0 sin  cos  d d 0 Tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp trực hướng hữu hạn được kích thích bởi trường âm khuếch tán trong không khí. STL  10log10  d  , , f   1 (2.24) 2.5. Kiểm tra độ tin cậy của mô hình và phương pháp ó k ạ đẳ ư Hình 2.3 So sánh tổn thất truyền âm qua tấm nhôm đẳng hướng, hữu hạn theo luận án và lý thuyết của Roussos [11]. Hình 2.3 thấy rằng, có sự khác biệt đáng kể giữa đường cong hiện tại so với đường cong dựa trên lý thuyết tấm vô hạn nhưng có sự khá tương đồng với đường STL của Roussos.
8 Hình 2.4 So sánh tổn thất truyền âm qua tấm nhôm đẳng hướng hữu hạn theo luận án và thực nghiệm của Harris [16]. Từ hình 2.4 ta thấy, đường STL theo lý thuyết trong luận án khá tương đồng với đường STL thực nghiệm của Harris [16] qua tấm thép đẳng hướng, hữu hạn trong toàn dải 1/3 Octave. ó bằ vậ ệ Hình 2.5 So sánh tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp, hữu hạn theo lý thuyết trong luận án và thực nghiệm của Kuo qua tấm [UD] 7 [25]. Từ hình 2.5 ta thấy, đường STL theo lý thuyết trong luận án khá tương đồng với đường STL thực nghiệm của Kuo [25] qua tấm composite. 2.6. Đánh giá một số ảnh hưởng đến tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp trực hướng 2.6.1 Ảnh hưởng của loại vật liệu composite Hình 2.6 Tổn thất truyền âm qua ba tấm composite lớp trực hướng, hữu hạn: Kevlar/epoxy, Graphite/epoxy và Fiberglass/epoxy.
9 2.6.2. Ảnh hưởng của góc tới Hình 2.7 Ảnh hưởng của góc tới đến tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp Graphite/Epoxy liên kết tựa bản lề bốn cạnh. Hình 2.8 Ảnh hưởng của góc phương vị đến tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp Graphite/Epoxy, liên kết tựa bản lề bốn cạnh. 2.6.3. Ảnh hưởng của tính dị hướng Hình 2.9Ảnh hưởng của tính dị hướng đến STL của tấm composite lớp trực hướng, liên kết ngàm bốn cạnh đối với các giá trị khác nhau của E11/E. 2.7. Kết luận chương 2 Chương 2 của luận án đã giải quyết được một số nội dung chính sau đây: Từ phương trình dao động của tấm kim loại đẳng hướng, luận án đã phát triển và xây dựng được phương trình dao động âm của tấm composite lớp chữ nhật, cốt sợi trực hướng. Bằng phương pháp tách mốt, tác giả đã tìm được nghiệm của bài toán dao động của tấm chữ nhật, trực hướng, hữu hạn dưới tác dụng của nguồn âm thanh. Chương trình tính cho kết quả tin cậy và cho phép đánh giá định lượng ảnh hưởng của các thông số như: loại vật liệu composite, tính dị hướng của vật liệu, góc âm tới, … đến khả năng cách âm của tấm composite cốt sợi trực hướng.
10 CHƯƠNG 3. TRUYỀN ÂM QUA TẤM KÉP COMPOSITE CỐT SỢI TRỰC HƯỚNG Trong chương 3, luận án sẽ tập trung vào xây dựng mô hình và giải bài toán truyền âm qua kết cấu tấm kép, chữ nhật bằng vật liệu composite lớp trực hướng dựa vào lý thuyết tấm mỏng Kirchhoff và phương pháp tách mốt. Đi tìm công thức liên quan đến các đặc trưng dao động âm của kết cấu và lập chương trình trong môi trường Matlab để tính tổn thất truyền âm qua tấm kép composite lớp trực hướng, hữu hạn, các điều kiện biên khác nhau (tựa bản lề hoặc ngàm bốn cạnh) bị kích thích bởi các sóng âm biến thiên điều hòa trong môi trường không khí. 3.1. Mô hình kết cấu tấm kép composite cốt sợi trực hướng Giả sử, một tấm kép composite, hình chữ nhật, kích thước hữu hạn, chứa khoang không khí được gắn với một vách ngăn cứng, kích thước lớn vô hạn và cách âm hoàn toàn (Hình 3.1). Hình 3.1 Sơ đồ truyền âm qua tấm kép composite lớp có khoang khí hình chữ nhật, trực hướng, hữu hạn liên kết bản lề hoặc ngàm bốn cạnh. 3.2. Phương trình chuyển động của tấm kép composite lõi không khí Phương trình dao động của tấm kép composite lớp đối xứng, trực hướng với khoang không khí kín bị kích thích bởi sóng âm phẳng biến thiên điều hòa được biểu diễn bởi [23], [45]:  4 w1  x, y; t   4 w1  x, y; t   4 w1  x, y; t  D11  2  D12  2 D66   D22 x 4 x y 2 2 y 4 (3.1)  w1 ( x, y; t ) 2  m*  j0  1 ( x, y, z; t )   2 ( x, y, z; t )   0  2t  4 w2  x, y; t   4 w2  x, y; t   4 w2  x, y; t  D11  2  D12  2 D66   D22 (3.2) x 4 x 2 y 2 y 4  w2 ( x, y; t ) 2  m*  j0   2 ( x, y, z; t )   3 ( x, y, z; t )   0  2t trong đó: Фi (i=1,2,3) lần lượt là thế vận tốc âm trong miền tới, khoang khí và miền truyền qua;
11 Chuyển vị của tấm trên và tấm dưới gây ra bởi sóng tới:  j ( k xk y t )  j ( k xk y t ) w1 ( x, y; t )  w01.e x y ; w2 ( x, y; t )  w02.e x y (3.3) Thế vận tốc âm trong khoang khí cũng được biểu diễn bởi:  j ( k x  k y  k z t )  j ( k x  k y k z t ) 2 ( x, y, z; t )   mn .e x y z  mn .e x y z (3.4) trong đó: γmn là biên độ dương của sóng và ψmn là biên độ âm của sóng. 3.3. Điều kiện biên của tấm kép composite lõi không khí Điều kiện biên cho tấm kép composite lớp liên kết tựa bản lề bốn cạnh và liên kết ngàm bốn cạnh được trình bày trong chương 2. Điều kiện liên tục cho tấm kép 1  z  0, -  j w1; z  h,  2  j w1; z z (3.5)  2  z  h  H, -  j w2 ; z  2h  H, - 3  j w2 z z Chuyển vị của các hạt và áp suất âm được liên hệ bởi phương trình động lượng, như sau [43]: 2 1 p1 2 1 p2 1   ; 2   ; t 2 0 z z 0 t 2 0 z z h (3.6)  2 1 p2  2 1 p3   ;   t 2 2 0 z z H h t 2 3 0 z z H 2h Ta thu được biểu thức tính biên độ:   1,mn e jk H   2,mn z  mn  I mn  1,mn ;  mn  ; kz kz e   jk z  h  H  e  jk z  H  h   (3.7)   2,mn  1,mn e jk H  z  2,mn e jk ( H  2 h ) z  mn  ;  mn   kz e jk z  h  H  e jk z  H  h   kz Thay thế các phương trình liên tục và điều kiện biên vào phương trình chuyển động (3.1) – (3.2) đồng thời áp dụng các tính chất trực giao của hàm dạng, ta được: j0  I mn   mn  e  j  k z z t   q1,mn  t   1,mn q1, mn  t   2  0 (3.8) m   mn  mn  e *  j   k z z t     j   mn   mn  e  j  k z z t   q2,mn  t   2, mn q2, mn  t   * 0  2 0 (3.9) m  e  j   k z z t   mn   Tần số dao động tự nhiên của tấm dưới và tấm trên composite lớp trực hướng hữu hạn, được xác định bởi [96]:
12   4 mn  4  4    D   2D12  2 D66  2 mn  D22 4 mn . mn dA  x  x y  y  11 4 2 i2,mn  A   , i  1,2 (3.10)   . mn dA * m mn A Hệ phương trình để xác định α1,mn và α2,mn cho tấm dưới và tấm trên dưới dạng ma trận sau:  R11 R12  1,mn  S  (3.11) R     21 R22   2,mn   0  3.4. Tổn thất truyền âm qua tấm kép composite lõi không khí Tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp trực hướng hữu hạn được kích thích bởi sóng đơn và trường sóng trong môi trường không khí đã được giới thiệu trong Chương 2, mục 2.4 của luận án. 3.5. Kiểm tra độ tin cậy của mô hình và phương pháp Xét tấm kép đẳng hướng, hữu hạn có điều kiện biên tựa bản lề bốn cạnh. Hình 3.2. So sánh tổn thất truyền âm qua tấm kép nhôm đẳng hướng hữu hạn theo lý thuyết và thực nghiệm của Lu và Xin [47]. Từ hình 3.2, ta thấy các dự đoán về STL theo lý thuyết trong luận án phù hợp tốt với các kết quả thực nghiệm của Lu và Xin [47], đặc biệt tại tần số thấp (f < 300 Hz). Đối với tấm kép đẳng hướng hữu hạn có điều kiện biên ngàm bốn cạnh. Hình 3.3. So sánh tổn thất truyền âm qua tấm kép nhôm đẳng hướng hữu hạn theo lý thuyết với lý thuyết và thực nghiệm của Carneal và Fuller [42].
13 Hình 3.3 chỉ rõ rằng các dự đoán hiện tại phù hợp tốt với các kết quả thực nghiệm hơn các dự đoán lý thuyết của Carneal và Fuller [42]. 3.6. Đánh giá một số ảnh hưởng đến tổn thất truyền âm qua tấm kép composite 3.6.1. Ảnh hưởng của loại vật liệu composite Hình 3.4 Ảnh hưởng của loại vật liệu composite đến tổn thất truyền âm qua tấm kép composite lớp trực hướng, lõi khoang khí, tựa bản lề bốn cạnh. 3.6.2. Ảnh hưởng chiều dày tấm Hình 3.5 Ảnh hưởng của chiều dày tấm đến tổn thất truyền âm qua tấm kép composite Graphite/Epoxy, trực hướng, lõi không khí, ngàm bốn cạnh. 3.6.3. Ảnh hưởng chiều dày khoang khí Hình 3.6 Ảnh hưởng của chiều dày khoang khí đến tổn thất truyền âm qua tấm kép composite Glass/Epoxy trực hướng, lõi không khí, tựa bản lề bốn cạnh. 3.6.4. Ảnh hưởng của kích thước tấm bề mặt
14 Hình 3.7Ảnh hưởng của kích thước tấm bề mặt đến tổn thất truyền âm qua tấm kép composite lớp Graphite/Epoxy có khoang khí tựa bản lề bốn cạnh. 3.7. Kết luận chương 3 Chương 3 của luận án đã giải quyết được bài toán truyền âm qua kết cấu tấm kép composite cốt sợi trực hướng, chứa khoang không khí. Đã phát triển và xây dựng được phương trình dao động âm cho tấm kép composite lớp chữ nhật, cốt sợi trực hướng. Bằng phương pháp tách mốt, tác giả đã tìm được nghiệm của bài toán dao động của tấm kép chữ nhật, trực hưóng, hữu hạn dưới tác dụng của nguồn âm thanh. Đặc biệt, luận án đã tìm được biểu thức tường minh để tính tổn thất truyền âm qua tấm kép composite chữ nhật, cốt sợi trực hướng chịu liên kết bản lề và ngàm bốn cạnh.Từ các hệ thức thiết lập được, luận án đã xây dựng được một chương trình máy tính trong môi trường Matlab để tính tổn thất truyền âm qua kết cấu tấm kép chữ nhật bằng composite trực hướng với các liên kết khác nhau. Chương trình tính cho kết quả tin cậy và cho phép đánh giá định lượng ảnh hưởng của các thông số như: loại vật liệu composite, cấu hình vật liệu composite, kích thước tấm (chiều dài, chiều rộng, độ dày), độ dày khoang khí, … đến khả năng cách âm của tấm kép composite lớp. CHƯƠNG4. TRUYỀN ÂM QUA TẤM COMPOSITE SANDWICH LÕI XỐP Chương 4 của luận án sẽ tập trung vào xây dựng mô hình và giải bài toán truyền âm qua kết cấu tấm composite sandwich trực hướng, lõi xốp, hay còn được gọi là tấm kép composite trực hướng có lõi là vật liệu xốp dựa vào lý thuyết tấm mỏng Kirchhoff, lý thuyết vật liệu xốp của Biot và phương pháp tách mốt. 4.1. Mô hình kết cấu tấm composite sandwich lõi xốp Giả sử, một tấm kép composite lớp hình chữ nhật, trực hướng, đồng nhất, hữu hạn và đủ mỏng được điền đầy lõi giữa hai tấm bằng
15 vật liệu xốp còn được gọi là tấm composite sandwich và được minh họa như hình 4.1. Hình 4.1. Sơ đồ truyền âm qua tấm kép composite lớp có lõi xốp hình chữ nhật trực hướng hữu hạn liên kết bản lề hoặc ngàm bốn cạnh 4.2. Phương trình dao động của tấm composite sandwich lõi bằng vật liệu xốp Phương trình dao động của tấm dưới và tấm trên trong tấm composite lớp sandwich đối xứng, trực hướng, hữu hạn bị kích thích bởi sóng âm phẳng điều hòa được mô tả bởi:  4 w1  x, y; t   4 w1  x, y; t   4 w1  x, y; t  D11  2  D12  2 D66   D22 x 4 x y 2 2 y 4 (4.1)  w1 2  m1*  j01   zs   zf t 2  4 w2  x, y; t  *  w2  x, y; t  4 *  w2  x, y; t  4 * D11  2  D12  2 D66  *  D22 x 4 x 2y 2 y 4 (4.2)  w2 2  m2 *   j03   zs   zf t 2 trong đó:  zs ;  zf là ứng suất pháp theo phương z của pha rắn và pha lỏng trong vật liệu xốp. 4.3. Điều kiện biên của tấm composite sandwich lõi là vật liệu xốp Đối với kết cấu tấm sandwich, lõi xốp như mô tả trong hình 4.2, điều kiện biên sau đây phải được thỏa mãn: v*  j w, z us  w, z u fz  w (4.3) Ngoài ra, các điều kiện biên trong phương trình (4.3) phải được thỏa mãn tại bề mặt của tấm và lớp xốp, cụ thể:  Tại z = h1, - 1  jw1 , u s  w1 , u fz  w1 (4.4) z z  3 Tại z = H + h1, -  jw2 , u s  w2 , u f  w2 (4.5) z z z
16 Dưới sự kích thích của sóng âm điều hòa, chuyển vị uốn của các tấm dưới và tấm trên được xác định theo mục 3.3 của luận án. 4.4. Mô hình vật liệu xốp và giải bài toán dao động âm Theo lý thuyết của Biot [48], ta có mối quan hệ giữa es, ef với us và uf cho các thành phần chuyển vị của pha rắn và pha lỏng theo phương z:  j  k x  k y t   k k k k  u s  je z x y D 1z e jk z  D 1z e jk z  D 2 z e  jk z  D 2 z e jk z (4.6)  1 1z 2 1z 3 2z 4 2z   k12 k12 2 k2 2 k2    k1z  jk1 z z k k k   c1D2 12z e jk1 z z  c2 D3 22z e  jk2 z z  c2 D4 22z e jk2 z z  (4.7)  j k x x  k y y t uzf  je  c1D1 2 e  k1 k1 k2 k2   zs  e  y y t  s      j k xk x 1 D1e  jk1 z z  D2e jk1 z z   2 D3e jk2 z z  D4e jk2 z z  (4.8) s   zf  e  y y t  f      j k xk x 1 D1e  jk1 z z  D2e jk1 z z   2f D3e jk2 z z  D4e jk2 z z  (4.9)  Thay thế các phương trình thế vận tốc, u , u trong phương trình s z z f (4.6) và (4.7), chuyển vị ngang w1, w2 vào phương trình điều kiện biên ta được: Kết hợp các phương trình (4.6) - (4.9) ta thu được hệ bốn phương trình đại số cho bốn ẩn số (D1 - D4) và có thể được sắp xếp lại thành một phương trình ma trận như sau: MD  R (4.10) Có thể tính vec tơ D từ phương trình ma trận (4.10): D = V.R, trong đó V = M-1 là ma trận nghịch đảo của ma trận truyển M. Bài toán sẽ được giải quyết khi ta xác định được α1,mn và α2,mn. Trong luận án, tác giả áp dụng phương pháp Galerkin cho các phương trình chuyển động của tấm compoite lớp trực hướng hữu hạn (4.1) và (4.2) ta được:   4 w 1  x, y; t   4 w 1  x, y; t    D11  2  D12  2 D66   b a  x 4 x 2y 2  .  x, y  dxdy  0 (4.11)     4 w  x, y; t   2 w  mn 0 0  D22  1  m1* 2 1  j01   zs   zf    y 4 t   *  4 w 1  x, y; t  *  w 1  x, y; t  4   D11  2  D22  2 D66  *  b a x 4 x y 2 2     4 w  x, y; t   2 w  .  x, y  dxdy  0 (4.12)   mn 0 0  D22  * 1  m2 2  j0 2   z   z  * 1 s f   y 4 t 