عنوان
طراحي، شبيه‌سازي و ساخت يك فراماده صوتي غشايي به‌منظور استفاده در لوازم خانگي
نويسنده اصلي
نصر، پوريا
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
چكيده
امروزه كنترل و كاهش نويز در لوازم خانگي يكي از چالش‌هاي مهم در ارتقاي كيفيت زندگي و افزايش رضايت كاربران به شمار مي‌رود. فرامواد صوتي غشايي قادرند در ضخامت‌ها و چگالي‌هاي كم خصوصاً در فركانس‌هاي پايين عايق صوت خوبي باشند. در اين پژوهش، طراحي، شبيه‌سازي و ساخت يك فراماده صوتي غشايي به‌منظور استفاده در كاهش نويز لوازم خانگي، به‌ويژه پمپ ماشين لباس‌شويي موردبررسي قرار گرفته است. ابتدا با مرور پيشينه تحقيق و بررسي انواع فرامواد غشايي، سازوكار عملكرد آن‌ها تحليل شد. سپس يك فراماده غشايي دولايه مدل شد كه در هر لايه شامل يك غشا و قاب نگهدارنده بود. مدل طراحي‌شده در نرم‌افزار اجزاي محدود كامسول شبيه‌سازي و رفتار آن در بازه فركانسي 100 تا 1750 هرتز بررسي شد. براي صحت‌سنجي شبيه‌سازي، نتايج آن با پژوهش‌هاي قبلي مقايسه شد كه بين نتايج پژوهش و شبيه‌سازي تطابق خوبي وجود داشت. در گام بعدي تأثير پارامترهاي مختلف هندسي و مكانيكي بر ميزان افت انتقال صوت مطالعه شد. اين پارامترها شامل چگالي، ضخامت و كشش غشا، طول ضلع غشاي لايه‌هاي ريز و درشت و ارتفاع هر لايه مي‌شد. در ادامه به‌منظور شخصي‌سازي فراماده غشايي دولايه براي پاسخگويي به هدف پژوهش حاضر، فراماده براي بهينه‌سازي آماده شد. پس از بحث و بررسي پيرامون تأثير پارامترها در ميزان افت انتقال صوت و به كمك مطالعه پارامتري انجام‌شده، بعضي از پارامترها از فرايند بهينه‌سازي كنار گذاشته شده و برخي با مشخص شدن بازه مجاز انتخاب، وارد فرايند بهينه‌سازي شدند. بازه مجاز انتخاب براي هر پارامتر با توجه به دلايل نظري يا محدوديت‌هاي ساختي مشخص شد. همچنين يك ساختار جديد كه بر روي غشاي لايه درشت‌تر آن يك جرم اضافي قرار گرفته بود نيز به‌صورت جداگانه مورد بهينه‌سازي قرار گرفت. پس از مشخص شدن خروجي‌هاي فرايند بهينه‌سازي و به‌منظور تأييد صحت مدل عددي، نمونه‌هاي آزمايشگاهي از فراماده طراحي‌شده، ساخته شد. براي اين منظور از غشاهاي پليمري نازك به همراه قاب‌هاي سبك چاپ سه‌بعدي استفاده گرديد و ميزان كشش غشا با سازوكار وزنه و گيره تنظيم شد تا بتوان فركانس‌هاي تشديد دلخواه را به دست آورد. آزمون‌هاي تجربي با استفاده از لوله امپدانس و تجهيزات جمع‌آوري داده انجام گرفت و داده‌ها با نتايج شبيه‌سازي مقايسه شدند. روند كلي نمودارهاي تجربي از تطابق خوبي با نتايج شبيه‌سازي برخوردار بود. همچنين مكان دره‌ها و قله‌هاي نتايج تجربي و شبيه‌سازي به يكديگر نزديك بود. يافته‌هاي حاصل نشان داد كه فراماده صوتي غشايي ساخته‌شده توانست به‌طور ميانگين بيشتر از 60 دسي‌بل كاهش انتقال صوت در بازه‌هاي فركانسي هدف ايجاد كند. علاوه بر اين، ساختار پيشنهادي در تمام بازه مورد مطالعه از قانون جرم بهتر عمل كرده و مانند يك عايق پهن‌باند رفتار كرد. اين نتيجه بيانگر آن است كه مي‌توان با استفاده از اين نوع ساختارها، بدون افزايش وزن و ضخامت عايق، آلودگي صوتي سيستم را تا حد زيادي كاهش داد. از ديگر مزاياي طرح پيشنهادي، امكان تنظيم دره‌ها و قله‌هاي نمودار ميزان افت انتقال صوت با تغيير كشش غشا و ابعاد قاب است كه انعطاف‌پذيري بالايي را در كاربردهاي صنعتي فراهم مي‌كند. اين پژوهش نشان داد كه فرامواد صوتي غشايي مي‌توانند به‌عنوان جايگزيني سبك، كم‌حجم و كارا براي مواد جاذب سنتي مطرح شوند و افق‌هاي جديدي را در طراحي آكوستيكي باز كنند.
شماره ركورد
236831
گرايش رشته تحصيلي
طراحي كاربردي
دانشكده
مهندسي مكانيك
دانشگاه
دانشگاه صنعتي اصفهان