مدلسازی رفتار آکوستیکی کامپوزیت الیاف طبیعی نخل خرما با استفاده از الگوریتم تکامل تفاضلی

توضیحات :

مجله علمی پژوهشی سلامت کار ایران

دوره ۱۶ – شماره ۲ – سال ۱۳۹۸

نویسندگان : ابراهیم تابان ، علی خوانین ، عبدالرضا اوحدی ، احمد جنیدی ، محمد فریدن

چکیده :

زمینه و هدف: پیشرفت‌های کنترل صدا با کمک جاذب صوتی، فرصت مناسبی را برای مطالعه روش‌های کاهش سروصدا و تضعیف آکوستیکی به‌وسیلۀ انواع مختلفی  از مواد متخلخل فراهم کرده است. افزایش نگرانی‌ها دربارۀ اثرات نا‌مطلوب به‌کارگیری جاذب‌های صوتی ساخته‌شده از  مواد و الیاف مصنوعی بر سلامت افراد، زمینۀ مساعدی را برای توسعۀ تحقیقات در مورد کاربرد الیاف طبیعی به‌عنوان عایق‌ها و جاذب‌های صوتی فراهم کرده است. در دو دهۀ گذشته استفاده از الیاف لیگنوسلولزی برای مقاصد مختلف به دلیل وجود خواصی چون زیست‌تخریب‌پذیری، وزن سبک، چگالی کم، قیمت ارزان و غیر سمی بودن، توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده و به‌عنوان جایگزینی برای جاذب‌های آکوستیکی ساخته‌شده از الیاف مصنوعی مطرح‌شده است. سالیانه در ایران مقادیر قابل‌توجهی از ضایعات کشاورزی حاوی الیاف لیگنو سلولزی به علت فقدان سازوکار بازیافت و به‌کارگیری مجدد، سوزانده شده یا به شکل نامناسبی دفع می‌شود. این در حالی است که می‌توان بخش زیادی از چنین ضایعاتی را برای مصارف مختلف به کار گرفت. کشور ایران به‌عنوان دومین تولیدکنندۀ خرما در جهان و داشتن نخلستان‌های وسیع، هرساله با معضل ضایعات پرحجم حاصل از برداشت و هرس درختان خرما روبرو است که عمدتاً به شکل مناسبی مورداستفاده قرار نمی‌گیرند. ازاین‌رو، هدف این پژوهش بررسی رفتار آکوستیکی نمونه‌های کامپوزیتی ساخته‌شده از الیاف طبیعی نخل خرما از طریق پیش‌بینی ضریب جذب صوت با مدل‌های تجربی مربوطه و مقایسۀ آن با داده‌های حاصل از آزمایش‌های تجربی بوده است.

روش بررسی: در این مطالعه، برای اندازه‌گیری ضریب جذب صوتی  نرمال نمونه‌های ساخته‌شده از الیاف خوشه‌های نخل خرما با چگالی ثابت ۲۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب در سه ضخامت مختلف بافاصله‌های هوایی مختلف در پشت نمونه، از دستگاه لولۀ اَمپدانس استفاده شد. سپس با نوشتن کد در نرم‌افزار متلب، با استفاده از الگوریتم تکامل‌تفاضلی، ضریب جذب صوتی پیش‌بینی‌شده برای ۳ مدل دلانی–‌بازلی، میکی و جانسون-چمپو-آلارد محاسبه گردید.

یافته‌ها: نتایج نشان داد که خاصیت جذب صوتی  نمونه‌های تهیه‌شده از الیاف نخل خرما به‌طور قابل‌توجهی با افزایش بسامد، بیشتر می‌شود و افزایش ضخامت مواد در چگالی ثابت، نقش عمده‌ای در تضعیف امواج صوتی به‌ویژه در بسامد‌های پایین‌تر (کمتر از۱۰۰۰ هرتز) دارد. مقایسۀ داده‌های حاصل از آزمایش و مدل‌های تجربی نشان داد که با افزایش ضخامت، مقادیر پیش‌بینی‌شده برای ضریب جذب آکوستیکی مواد، به داده‌های حاصل از آزمایش نزدیک می‌شوند. افزایش فاصلۀ هوایی در پشت نمونه تا ۳ سانتیمتر، در بسامد‌های کمتر از ۱۰۰۰ هرتز، افزایش ضریب جذب صوتی را به همراه خواهد داشت.

نتیجه‌گیری:  نمونه‌های ساخته شده از الیاف نخل خرما، پتانسیل خوبی برای تضعیف انرژی امواج صوتی دارند. افزایش جذب صوت می‌تواند ناشی از فرآیند استهلاک طولانی‌تر انتقال حرارتی و ویسکوز، بین هوا و مواد جاذب در کامپوزیت باشد؛ که با افزایش ضخامت کامپوزیت موجب افزایش میزان جذب صوت نیز خواهد شد. از سوی دیگر الیاف طبیعی به دلیل خاصیت چسبندگی کم، قطر زیاد الیاف، مقاومت کم در برابر رطوبت و آسیب پذیر در برابر قارچ‏ها هنوز به‌اندازه الیاف مصنوعی محبوبیت نیافته‏اند. لذا بدیهی است که این عوامل می‌توانند بر روی ضریب جذب صوتی و کیفیت و ماندگاری پانل‌های آکوستیکی ساخته‌شده از الیاف طبیعی تأثیر بگذارد. به همین منظور جهت رفع این عیوب، می توان از فناوری نانو  استفاده کرد تا با بهره‌گیری از خاصیت مواد در این حالت، به شرایط بهتر و بهبودیافته دست‌یافت. به نظر می رسد که این‌ مسأله‌ای است که باید در ساخت جاذب های صوتی ساخته شده از الیاف طبیعی در نظر گرفت.

واژه‌های کلیدی : ضریب جذب صوت ، لولۀ امپدانس ، الیاف طبیعی نخل خرما ، مدل تجربی ، الگوریتم تکامل‌تفاضلی

 << ادامه مطلب را در فایل پیوست مطالعه فرمایید >> 

دانلود فایل