Ta xét ảnh hưởng của chiều dày lớp lõi đến STL qua hai tấm composite sandwich trực hướng, lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh và liên kết ngàm bốn cạnh bị kích thích bởi sóng âm tới có góc tới φ = 30o và góc phương vị θ = 45o Chiều dày lớp lõi của hai tấm composite sandwich (ngàm và bản lề) được chọn như sau: H = 17, 27, 37 và 47mm Hai tấm da bằng cùng vật liệu composite lớp Glass/Epoxy có cấu hình [90/0/0/90]s Kết quả tính toán được thể hiện trong hình 4 9 và hình 4 10
Hình 4 9 và hình 4 10 cho thấy, khi độ dày lớp lõi tăng thì STL sẽ tăng Mặt khác, khi tăng chiều dày của lớp lõi dẫn đến sự suy giảm giá trị của tần số cộng hưởng Cụ thể, đối với tấm composite sandwich chịu liên kết tựa bản lề, điểm cộng hưởng đầu tiên xuất hiện tương ứng với H = 17 mm tại tần số f = 1250 Hz; H = 27 mm tại tần số f =
1000 Hz; H = 37 mm tại tần số f = 800 Hz và H = 47 mm tại tần số f = 640 Hz Đối với tấm composite sandwich chịu liên kết ngàm bốn cạnh, điểm cộng hưởng đầu tiên xuất hiện tương ứng với H = 17 mm tại tần số f = 1600 Hz; H = 27 mm tại tần số f = 1250 Hz; H = 37mm tại tần số f = 1000 Hz và H = 47 mm tại tần số f = 800 Hz do sóng trong pha rắn sẽ chiếm ưu thế khi pha rắn trong vật liệu xốp bị kích thích trực tiếp bởi lớp da cũng như sự phù hợp trở kháng tốt hơn giữa tấm và sóng trong pha rắn cùng với ứng xử dạng của từng liên kết Điểm công hưởng thứ hai của hai tấm composite sandwich với hai điều kiện biên nói trên tương ứng với sự thay đối chiều dày lớp lõi phụ thuộc vào sự cộng hưởng của hệ thống tấm - lõi xốp - tấm hay được hiểu là hiệu ứng cứng của lớp xốp Trong các dải tần số cao, các đường cong STL sẽ hoạt động theo các quy luật khác nhau do sự đồng bộ giữa tấm - lõi xốp - tấm
Hình 4 9 Ảnh hưởng của chiều dày lõi đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng hữu hạn lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh
Hình 4 10 Ảnh hưởng của chiều dày lõi đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng hữu hạn lõi xốp chịu liên kết ngàm bốn cạnh
4 7 4 Ảnh hưởng của cấu hình vật liệu composite
Xét ảnh hưởng của cấu hình vật liệu đến STL qua hai tấm composite sandwich trực hướng, lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh và liên kết ngàm bốn cạnh bị kích thích bởi sóng âm tới có góc tới φ = 30o và góc phương vị θ = 45o Tấm composite sandwich gồm hai tấm da cùng vật liệu Glass/Epoxy được chọn ứng với bốn cấu hình sau: [0/90/0/90]s, [0/0/0/0]s, [90/90/90/90]s và [90/0/0/90]s Kết quả được thể hiện trong hình 4 11 và hình 4 12
Hình 4 11 Ảnh hưởng của cấu hình đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng hữu hạn lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh
Hình 4 12 Ảnh hưởng của cấu hình đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng hữu hạn lõi xốp chịu liên kết ngàm bốn cạnh
Từ hình 4 11 và hình 4 12, ta thấy rằng với tấm composite sandwich chịu điều kiện biên tựa bản lề bốn cạnh, các đường cong STL gần như trùng nhau trong dải tần số f < 1600 Hz, trong khi đó, với tấm composite sandwich có điều kiên biên ngàm bốn cạnh, các đường cong STL gần như trùng nhau trong dải tần số f < 2000 Hz Qua đó,
qua kết cấu tấm composite sandwich Trong vùng tần số cao, f > 1600 Hz và f > 2000 Hz tương ứng với tấm composite sandwich liên kết tựa bản lề và liên kết ngàm thì tấm với cấu hình [90/90/90/90]s có giá trị STL lớn nhất so với các tấm có cấu hình khác
4 7 5 Ảnh hưởng của mô đun đàn hồi vật liệu composite
Trong phần này, luận án đánh giá ảnh hưởng của mô đun Young đến STL qua tấm composite sandwich, lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh bị kích thích bởi sóng âm tới có góc tới φ = 30o và góc phương vị θ = 45o với ba giá trị mô đun sau là:
E1 = 210 GPa, 181 GPa và 140 GPa Hai lớp da được làm bằng cùng vật liệu
Graphite/Epoxy và có cấu hình là [90/0/0/90]s Kết quả tính toán được thể hiện trong hình 4 13
Từ hình 4 13, ta thấy rằng giá trị của STL tăng khi tăng giá trị của mô đun Young trên toàn dải tần số được xét Ngoài ra, sự thay đổi giá trị mô đun Young không ảnh hưởng đến vị trí của các điểm cộng hưởng tức là chúng cùng sảy ra với cùng một tần số, điểm cộng hưởng đầu tiên tại tần số f = 1000 Hz do vùng này được điều khiển bởi khối lượng riêng bề mặt của tấm và điểm cộng hưởng thứ hai tại tần số f = 3200 Hz do độ cứng của lớp xốp điều khiển Do đó, ta có thể kết luận rằng mô đun Young của lớp da là một trong những tham số ảnh hưởng đáng kể đến STL
Hình 4 13 Ảnh hưởng của mô đun Young đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh
4 7 6 Ảnh hưởng của cơ tính lớp lõi xốp
Dưới đây, ta xét ảnh hưởng của các thông số liên quan chính đến pha rắn trong vật liệu xốp (khối lượng riêng, mô đun Young, hệ số Posion của vật liệu xốp) đến STL qua hai tấm composite sandwich trực hướng, lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh và liên kết ngàm bốn cạnh bị kích thích bởi sóng âm tới có góc tới φ = 30o và góc
phương vị θ = 45o Hai tấm da bằng cùng vật liệu composite lớp Glass/Epoxy có cấu hình [90/0/0/90]s Kết quả tính toán được thể hiện trong hình 4 14 đến hình 4 19
Ảnh hưởng của khối lượng riêng lớp lõi xốp
Hình 4 14 Ảnh hưởng khối lượng riêng lớp lõi đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, hữu hạn lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh
Hình 4 15 Ảnh hưởng khối lượng riêng lớp lõi đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, hữu hạn lõi xốp chịu liên kết ngàm bốn cạnh
Từ hình 4 14 và hình 4 15, ta thấy rằng, ở vùng tần số thấp, giá trị STL tăng khi khối lượng riêng của vật liệu xốp tăng hoặc giảm Cụ thể, giá trị STL tăng đối với tấm composite sandwich chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh trong vùng tần số f < 1600 Hz trong khi đó, với tấm composite sandwich chịu liên kết ngàm bốn cạnh, STL tăng trong vùng tần số f < 2000 Hz Ở vùng có tần số cao, giá trị STL giảm nhẹ khi khối lượng riêng của lớp lõi tăng, cụ thể, đối với tấm composite sandwich chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh tại vùng tần số f > 1600 Hz trong khi đó tấm composite sandwich chịu liên kết ngàm bốn cạnh tại vùng tần số f > 2000 Hz Qua đó, ta có thể kết luận rằng, trong
vùng tần số thấp ứng xử dạng của kết cấu và ứng xử của các pha (pha rắn và pha lỏng) trong lớp vật liệu xốp vẫn hoạt động theo đúng quy luật, tuy nhiên, đến tần số cao, quy luật này lại đảo chiều do mật độ tương tác giữa các pha rắn trong vật liệu xốp tăng lên, ngoài ra, độ xốp sẽ giảm do các pha rắn sẽ choán không gian nhiều hơn trong vật liệu xốp làm cho sự truyền âm tốt hơn tức là giá trị STL suy giảm
Ảnh hưởng của mô đun đàn hồi lớp lõi xốp
Hình 4 16 Ảnh hưởng của mô đun đàn hồi lớp lõi đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, hữu hạn lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh
Hình 4 17 Ảnh hưởng mô đun Young lớp lõi đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, hữu hạn lõi xốp chịu liên kết ngàm bốn cạnh
Hình 4 16 và hình 4 17 cho thấy rằng, ở vùng tần số thấp, giá trị STL tăng khi mô đun Young của vật liệu xốp tăng hoặc giảm Cụ thể, giá trị STL tăng đối với tấm
composite sandwich chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh tại vùng tần số f < 1250 Hz, còn với tấm composite sandwich chịu liên kết ngàm bốn cạnh, giá trị STL tăng trong vùng tần số f < 1600 Hz Ở vùng có tần số cao, giá trị STL giảm khi khối lượng riêng của lõi
tăng Cụ thể, đối với tấm composite sandwich chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh, tại vùng tần số f > 1250 Hz, còn với tấm composite sandwich chịu liên kết ngàm bốn cạnh, tại vùng tần số f > 1600 Hz Qua đó, ta có thể kết luận rằng, trong vùng tần số thấp, ứng xử dạng của hệ thống và ứng xử của các pha trong vật liệu xốp vẫn hoạt động theo đúng quy luật, tuy nhiên, đến vùng tần số cao, quy luật lại đảo chiều do ứng suất và chuyển vị trong các pha bị kích thích mạnh hơn bởi hai thành phần của sóng dọc (sóng khung và sóng không khí) làm cho các pha này giãn nở cùng phương với sóng dọc trong vật liệu xốp tức là, độ xốp của vật liệu xốp sẽ bị suy giảm làm cho sự truyền âm tốt hơn, khi đó giá trị STL bị suy giảm
Ảnh hưởng của hệ số poisson lớp lõi xốp
Hình 4 18 Ảnh hưởng hệ số Poisson lớp lõi đến STL qua tấm kép composite trực hướng hữu hạn lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh
Hình 4 19 Ảnh hưởng hệ số Poisson lớp lõi đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, hữu hạn, lõi xốp chịu liên kết ngàm bốn cạnh
Hình 4 18 và hình 4 19 cho thấy rằng, ở vùng tần số thấp, giá trị STL tăng khi hệ số Poisson của vật liệu xốp tăng hoặc giảm Cụ thể, giá trị STL tăng đối với tấm
composite sandwich chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh tại vùng tần số f < 2000 Hz còn với tấm composite sandwich chịu liên kết ngàm bốn cạnh, STL tăng trong vùng tần số f
< 1600 Hz Ở vùng có tần số cao, giá trị STL giảm khi hệ số Poisson của lõi tăng Cụ thể, đối với tấm composite sandwich chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh tại vùng tần số f
> 2000 Hz trong khi đó tấm composite sandwich chịu liên kết ngàm bốn cạnh tại vùng tần số f > 1600 Hz Qua đó, ta có thể kết luận rằng, trong vùng tần số thấp ứng xử dạng của kết cấu và ứng xử giữa các pha trong vật liệu xốp vẫn hoạt động theo đúng quy luật, tuy nhiên, đến vùng tần số cao, quy luật lại đảo chiều do sự dịch chuyển của các pha (pha rắn và pha lỏng) và sự kéo giãn mối liên kết giữa các pha trong vật liệu xốp sinh ra do ứng suất của pha rắn và pha lỏng Do đó, độ xốp trong lớp vật liệu xốp suy giảm làm tăng khả năng truyền âm tức là giá trị của STL giảm
4 7 7 Ảnh hưởng của góc âm tới
Xét ảnh hưởng của góc âm tới (góc tới φ và góc phương vị θ) đến STL qua tấm composite sandwich, lõi xốp chịu các điều kiện biên khác nhau:
Khảo sát tấm composite sandwich trực hướng lõi xốp, điều kiện biên tựa bản lề bốn cạnh Hai tấm da có cùng kích thước hình học và vật liệu composite lớp
Graphite/Epoxy gồm 8 lớp đối xứng cân bằng có cấu hình [90/0/0/90]s Để xét ảnh hưởng của góc âm tới đến tổn thất truyền âm, ta bằng cách thay đổi góc tới φ = 0o, 30o, 45o, 60o; góc phương vị θ = 45o không đổi và thay đổi góc phương vị θ = 15o, 30o, 45o, 60o còn góc tới φ = 45o không đổi
Hình 4 20 Ảnh hưởng góc tới (φ) đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, hữu hạn, lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh
Hình 4 21 Ảnh hưởng góc phương vị (θ) đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng hữu hạn lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh
Xét tấm composite sandwich trực hướng, lõi xốp chịu điều kiện biên ngàm bốn cạnh Hai tấm da có cùng kích thước hình học và vật liệu composite lớp Glass/Epoxy gồm 8 lớp, đối xứng, cân bằng có cấu hình [90/0/0/90]s Để xét ảnh hưởng của góc âm tới (góc tới, φ và góc phương vị, θ) đến tổn thất truyền âm, ta thay đổi góc tới φ = 0o, 30o, 45o, 60o; góc phương vị θ = 45o không đổi và thay đổi góc phương vị θ = 15o, 30o, 45o, 60o còn góc tới φ = 45o không đổi Kết quả tính toán được thể hiện trong hình 4 22 và hình 4 23
Từ hình 4 22 - hình 4 23, ta thấy rằng, ảnh hưởng của góc âm tới (góc tới φ và góc phương vị θ) qua tấm composite sandwich lõi xốp với các điều kiện biên khác nhau (tựa bản lề và ngàm) bằng cách thay đổi góc tới (φ), cố định góc phương vị (θ), và thay đổi góc phương vị (θ), cố định góc tới (φ) có những đặc điểm chung sau:
STL giảm đáng kể khi góc tới tăng lên và sự giảm STL này phát triển ở tần số cao hơn do sự giao thoa giữa sóng âm tới và sóng uốn của kết cấu tấm
Góc phương vị có ảnh hưởng hạn chế đến các giá trị của STL Trên thực tế, khi thay đổi giá trị góc phương vị (θ) thì giá trị của STL trùng nhau ở tần số f < 1250 Hz đối với tấm có điều kiện biên ngàm và f < 1000 Hz đối với tấm có điều kiện biên bản lề bốn cạnh tức là ảnh hưởng của góc phương vị là không đáng kể Tuy nhiên, trên vùng tần số này, ảnh hưởng của góc phương vị (θ) lên STL trở nên rõ ràng và phức tạp hơn Nhìn chung, STL tăng lên khi góc phương vị giảm
Hình 4 22 Ảnh hưởng góc tới (φ) đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng hữu hạn lõi xốp chịu liên kết ngàm bốn cạnh
Hình 4 23 Ảnh hưởng góc phương vị (θ) đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng hữu hạn lõi xốp chịu liên kết ngàm bốn cạnh
4 7 8 Ảnh hưởng của điều kiện biên
Xét ảnh hưởng của hai điều kiên biên (ngàm và bản lề bốn cạnh) đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, lõi xốp bị kích thích bởi sóng âm tới có góc tới φ
= 30o và góc phương vị θ = 45o Hai tấm da có cùng vật liệu composite lớp
Glass/Epoxy gồm 8 lớp cân bằng, đối xứng có cấu hình [90/0/0/90]s Kết quả tính toán được thể hiện trong hình 4 24
Từ hình 4 24, ta thấy điểm cộng hưởng đầu tiên được xác định chủ yếu do dao động tự nhiên của tấm; vị trí của điểm này bị dịch chuyển đáng kể khi các điều kiện biên thay đổi Cụ thể, đối với tấm có điều kiện biên ngàm tại f = 1250 Hz và tấm có điều kiện biên tự bản lề f = 1000 Hz Ngoài ra, giá trị STL của kết cấu chịu liên kết ngàm cao hơn so với kết cấu chịu liên kết tựa bản lề do sự ràng buộc khắt khe hơn của
điều kiện biên ngàm so với điều kiện biên tựa bản lề đã làm tăng độ cứng của tấm sandwich
Hình 4 24 So sánh ảnh hưởng của các điều kiên biên (ngàm và tựa bản lề) đến STL qua tấm kép composite trực hướng hữu hạn, lõi xốp
4 8 Kết luận chương 4
Chương 4 của luận án đã giải được bài toán truyền âm qua kết cấu tấm composite sandwich cốt sợi trực hướng, lõi bằng vật liệu xốp, cụ thể:
Dự trên lý thuyết tấm mỏng Kirchhoff và lý thuyết Biot về vật liệu xốp, luận án đã phát triển và xây dựng được phương trình dao động âm cho tấm composite lớp sandwich chữ nhật, cốt sợi trực hướng, lõi xốp
Bằng phương pháp tách mốt và phương pháp Galerkin, tác giả đã tìm được lời giải của bài toán dao động cho tấm sandwich chữ nhật, trực hưóng, hữu hạn dưới tác dụng của nguồn âm thanh
Đặc biệt, luận án đã tìm được biểu thức tường minh dựa trên công suất âm để tính tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich, cốt sợi trực hướng, lõi xốp 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 sandwich 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 về ảnh hưởng của các thông số như: loại vật liệu composite, cấu hình vật liệu composite, góc âm tới, đọ dày lớp da, độ dày lớp lõi, cơ tính của lớp da, lớp lõi và điều kiện