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 khí động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TS TRẦN ÍCH THỊNH TS NGUYỄN VĂN ĐẠT KHÁNH HÒA – 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu luận án: “Nghiên cứu tổn thất truyền âm qua composite sandwich ứng dụng vào giảm ồn tàu thủy” cơng trình nghiên cứu cá nhân tơi Các số liệu, kết luận án trung thực chưa công bố cơng trình khoa học khác thời điểm Khánh Hòa, ngày 04 tháng 10 năm 2019 Tác giả luận án Đinh Đức Tiến iii LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian thực đề tài, nhận giúp đỡ Ban Giám hiệu, quý Phòng, Khoa, Viện, Trung tâm Trường Đại học Nha Trang, tạo điều kiện tốt cho hoàn thành đề tài Đặc biệt hướng dẫn khoa học tận tình GS.TS Trần Ích Thịnh TS Nguyễn Văn Đạt giúp tơi hồn thành tốt đề tài Qua đây, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giúp đỡ Xin chân thành cảm ơn cán kỹ thuật Trung tâm thí nghiệm thực hành, Trường Đại học Nha Trang Trung tâm đo lường, Viện đo lường Việt Nam tạo điều kiện q trình thực nghiệm đề tài Tơi xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Khoa Kỹ Thuật Giao Thông, Trường Đại học Nha Trang cung cấp thông tin 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 Cơng nghiệp Việt Trì, Phú Thọ Tôi xin chân thành cảm ơn cán kỹ thuật, Viện nghiên cứu chế tạo Tàu thủy, Trường Đại học Nha Trang, hỗ trợ nhân lực trang thiết bị để trình thực nghiệm hồn thành Tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ, động viên tơi suốt q trình học tập nghiên cứu thực luận án Xin chân thành cảm ơn! Khánh Hòa, ngày 04 tháng 10 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 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU .7 1.1 Giới thiệu vật liệu composite sandwich 1.1.1 Khái niệm, cấu tạo 1.1.2 Phân loại .8 1.1.3 Phạm vi ứng dụng .10 1.2 Vật liệu composite sandwich dùng 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 nghiên cứu liên quan đến luận án 23 1.4.1 Tình hình nghiên cứu tổn thất truyền âm vật liệu composite sandwich 23 1.4.2 Nhận xét chung chương 35 1.5 Kết luận chương 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 lượng .36 2.1.1 Giới thiệu 36 2.1.2 Giả thiết 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 Mơ tả phịng 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 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 thực nghiệm đo STL qua 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 65 2.4 Kết luận chương 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 composite sandwich .67 3.1.1 Trường chuyển vị, biến dạng ứng suất 68 3.1.2 Phương trình quan hệ nội lực biến dạng composite sandwich 69 3.2 Xây dựng mơ hình xác định tổn thất truyền âm qua composite sandwich .70 3.2.1 Mô tả lý thuyết 70 3.2.2 Tổn thất truyền âm composite sandwich 75 3.2.3 Xác định độ cứng uốn biểu kiến composite sandwich 77 3.2.4 Xác định tần số dao động riêng dầm composite sandwich 79 3.2.5 Xác định độ cứng uốn biểu kiến dầm dải tần số 1/3 Octave 88 3.3 Xác định tổn thất truyền âm A – K 96 3.4 So sánh kết tính toán lý thuyết thực nghiệm 101 3.4.1 So sánh kết tính tốn lý thuyết thực nghiệm A 101 3.4.2 So sánh kết tính tốn lý thuyết thực nghiệm K 101 3.5 So sánh giá trị STL theo nhóm kết cấu 102 3.5.1 Tấm có khối lượng riêng lớp lõi khác nhau, chiều dày lớp da, chiều dày lớp lõi: Tấm A Tấm C; Tấm I Tấm K 102 3.5.2 Tấm có chiều dày lớp da khác nhau, chiều dày lớp lõi, khối lượng riêng lớp lõi: E F; G H 104 3.5.3 Tấm có chiều dày lớp lõi khác nhau, chiều dày lớp da, khối lượng riêng lớp lõi: Tấm E G; F H 107 3.6 Nhận xét chung chương 109 3.7 Kết luận chương .109 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIẢM ỒN BUỒNG MÁY TÀU KHÁCH VỎ COMPOSITE .111 4.1 Đặt vấn đề 111 4.2 Các phương pháp giảm ồn động diesel (máy chính) lắp đặt tàu khách vỏ composite 112 vii 4.2.1 Tiếng ồn từ động 112 4.2.2 Các phương pháp giảm ồn động diesel tàu thủy 116 4.3 Một số nhận xét 118 4.4 Ứng dụng giảm ồn buồng máy tàu khách vỏ composite .119 4.4.1 Giới thiệu chung tàu nghiên cứu 120 4.4.2 Các thơng số 120 4.4.3 Thông số động .120 4.4.4 Bố trí chung tồn tàu 121 4.4.5 Nắp buồng máy 121 4.5 Kết đo độ ồn tàu GW01 hoạt động 122 4.5.1 Phương pháp, thiết bị, vị trí đo quy trình đo .122 4.5.2 Kết đo 123 4.6 Phương án xử lý độ ồn 127 4.6.1 Kết đo độ ồn tàu VQGNC hoạt động 127 4.6.2 So sánh kết đo độ ồn hai tàu .130 4.6.3 Nhận xét chung chương 133 4.7 Kết luận chương .133 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .135 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 137 TÀI LIỆU THAM KHẢO 138 PHỤ LỤC viii DANH MỤC KÝ HIỆU CHỮ LA TINH Aij : Các thành phần ma trận độ cứng màng; A-K : Ký hiệu composite sandwich thứ tự từ A đến K AP : Diện tích bề mặt (m2); Bs : Tạp âm nền; Bij : Các thành phần ma trận tương tác màng – uốn – xoắn; c : Vận tốc âm (m/s); cυ : Hệ số co dãn độ nhớt; Dij : Các thành phần 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/m2); k : Số sóng; L1 : Mức áp suất âm trung bình đo phịng phát (dB); L2 : Mức áp suất âm trung bình đo phịng thu (dB); LP : Áp suất âm (dB); m : Khối lượng (kg); m* : Khối lượng bề mặt (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 phịng thu (m2); STL : Tổn thất truyền âm - Sound Transmission Loss (dB); T : Chu kỳ sóng (s); T2 : Thời gian vang phòng thu (s); t1 : Chiều dày lớp da (m); t2 : Chiều dày lớp da (m); tc : Chiều dày lớp lõi (m); u : Vận tốc dao động phần tử (m/s); V2 : Thể tích phịng thu (m3); W : Năng lượng lưu trữ nhiệt (J); w : Chuyển vị uốn (m); WR800 : Sợi thủy tinh dệt vuông góc 00/900, có khối lượng riêng 0,8kg/m2; Zs : Trở kháng âm; CHỮ HY LẠP α2 : Hệ số hấp thụ trung bình phịng thu; ζ : Tỷ số giảm chấn; λ : Bước sóng (m); Π : Năng lượng dao động (J); ρ : Tỷ trọng (kg/m3); ρ0 : Tỉ trọng khơng khí (kg/m3) τ : Hệ số truyền vách ngăn; υ : Hệ số Poisson; Φi ωn : Hàm vận tốc trường âm thanh; : Tần số góc (rad/s) x XII XIII II ĐO ĐỘ ỒN TRÊN TÀU VƯỜN QUỐC GIA NÚI CHÚA Khi n = 1000v/ph Trong buồng máy Ngoài buồng máy XIV XV Khi n=1500v/ph Trong buồng máy Ngoài buồng máy XVI XVII XVIII Khi n = 1800v/ph Trong buồng máy Ngoài buồng máy XIX XX Khi n = 2000v/ph Trong buồng máy Ngoài buồng máy XXI XXII XXIII Khi n = 2350v/ph Trong buồng máy Ngoài buồng máy XXIV XXV XXVI ... vào ? ?Nghiên cứu tổn thất truyền âm qua composite sandwich ứng dụng vào giảm ồn tàu thủy? ??, làm sở để lựa chọn chế tạo kết cấu tàu thủy vỏ composite có lợi phương diện giảm ồn MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU... tổn thất truyền âm qua kết cấu composite sandwich ứng dụng tàu thủy Việt Nam; - Ứng dụng kết nghiên cứu vào việc giảm ồn buồng máy tàu khách vỏ composite chế tạo Viện nghiên cứu Chế tạo Tàu thủy, ... DUNG NGHIÊN CỨU 4.1 Nghiên cứu thực nghiệm xác định tổn thất truyền âm qua kết cấu composite sandwich 4.2 Nghiên cứu tính tốn tổn thất truyền âm qua composite sandwich 4.3 Nghiên cứu ứng dụng giảm