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
108 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
109
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
130
Hình 5.13 So sánh tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich A và C
Từ hình 5.13, ta thấy, trong vùng tần số thấp (f < 125 Hz), tại 100 Hz, giá trị STL theo lý thuyết của tấm C tăng so với tấm A là 0,35 dB, giá trị STL theo thực nghiệm của tấm C tăng so với tấm A là 0,13 dB. Trong vùng tần số trung bình (125 Hz < f <
2000 Hz), ở tần số 1000 Hz, giá trị STL theo lý thuyết của tấm C tăng so với tấm A là 0,34 dB, giá trị STL theo thực nghiệm của tấm C tăng so với đến tấm A là 0,84 dB. Trong vùng tần số cao (f > 2000 Hz), tại 10000 Hz, giá trị STL theo lý thuyết của tấm C tăng so với tấm A là 2,07 dB, giá trị STL theo thực nghiệm của tấm C tăng so với tấm A là 2,58 dB.
131
Hình 5.14 So sánh tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich I và K.
Tương tự, hình 5.14 cho ta thấy, trong vùng tần số thấp (f < 125 Hz), tại 100 Hz, giá trị STL theo lý thuyết của tấm K tăng so với tấm I là 0,80 dB, giá trị STL theo thực nghiệm của tấm K tăng so với tấm I là 1,76 dB. Trong vùng tần số trung bình (125 Hz < f < 2000 Hz), ở tần số 1600 Hz, giá trị STL theo lý thuyết của tấm K tăng so với tấm I là 3,88 dB, giá trị STL theo thực nghiệm của tấm K tăng so với đến tấm I là 4.04 dB. Trong vùng tần số cao (f > 2000 Hz), tại 10000 Hz, giá trị STL theo lý thuyết của tấm K tăng so với tấm I là 5,01 dB, giá trị STL theo thực nghiệm của tấm K tăng so với tấm I là 4,79 dB.
132
5.3.2 Tấm có chiều dày lớp da khác nhau, cùng chiều dày lớp lõi, cùng khối lượng riêng lớp lõi: Tấm E và tấm F; tấm G và tấm H khối lượng riêng lớp lõi: Tấm E và tấm F; tấm G và tấm H
Bảng 5.6. Thông số hình học và cơ tính vật liệu composite sandwich
Tấm a x b (m) h1/H/h2 (x 10-3m) ρf (kg/m3) ρc (kg/m3) E1 (GPa) E2 (GPa) G12 (GPa) 12 Ec (MPa) c Klbm kg/m2 E 1,2 x 1,2 2,53/30/ 2,53 1600 79,86 10,58 2,64 1,02 0,17 58,5 0,25 10,485 F 1,2 x 1,2 3,37/30/ 3,37 1600 79,86 10,58 2,64 1,02 0,17 58,5 0,25 13,173 G 1,2 x 1,2 2,53/40/ 2,53 1600 79,86 10,58 2,64 1,02 0,17 58,5 0,25 11,290 H 1,2 x 1,2 3,37/40/ 3,37 1600 79,86 10,58 2,64 1,02 0,17 58,5 0,25 13,978
Hình 5.15 So sánh tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich E và F.
Từ hình 5.15, ta thấy rằng trong vùng tần số thấp (f < 125 Hz), tại 80 Hz, giá trị STL theo lý thuyết của tấm F tăng so với tấm E là 0,56 dB, giá trị STL theo thực
133
nghiệm của tấm F tăng so với tấm E là 1,04 dB. Trong vùng tần số trung bình (125 Hz < f < 2000 Hz), ở tần số 1000 Hz, giá trị STL theo lý thuyết của tấm F tăng so với tấm E là 1,30 dB, giá trị STL theo thực nghiệm của tấm F tăng so với đến tấm E là 2,49 dB. Trong vùng tần số cao (f > 2000 Hz), tại 5000 Hz, giá trị STL theo lý thuyết của tấm F tăng so với tấm E là 4,40 dB, giá trị STL theo thực nghiệm của tấm F tăng so với tấm E là 3,71 dB.
Hình 5.16 So sánh tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich G và H.
Tương tự, tù hình 5.16, ta thấy, trong vùng tần số thấp (f < 125 Hz), tại 80 Hz, giá trị STL theo lý thuyết của tấm H tăng so với tấm G là 0,09 dB, giá trị STL theo thực nghiệm của tấm H tăng so với tấm G là 0.83 dB. Trong vùng tần số trung bình (125 Hz < f < 2000 Hz), ở tần số 1000 Hz, giá trị STL theo lý thuyết của tấm H tăng so với tấm G là 1,60 dB, giá trị STL theo thực nghiệm của tấm H tăng so với đến tấm G là 2.19dB. Trong vùng tần số cao (f > 2000 Hz), tại 5000 Hz, giá trị STL theo lý thuyết của tấm H tăng so với tấm G là 5,26 dB, giá trị STL theo thực nghiệm của tấm H tăng so với tấm G là 6,37 dB.
134
5.3.3 Tấm có chiều dày lớp lõi khác nhau, cùng chiều dày lớp da, cùng khối lượng riêng lớp lõi: Tấm E và tấm G; tấm F và tấm H
Bảng 5.7 Thông số hình học và cơ tính vật liệu composite sandwich
Tấm a x b (m) h1/H/h2 (x 10-3m) ρf (kg/m3) ρc (kg/m3) E1 (GPa) E2 (GPa) G12 (GPa) 12 Ec (GPa) c Klbm kg/m2 E 1,2 x 1,2 2,53/30/ 2,53 1600 79,86 10,58 2,64 1,02 0,17 58,5 0,25 10,485 G 1,2 x 1,2 2,53/40/ 2,53 1600 79,86 10,58 2,64 1,02 0,17 58,5 0,25 11,290 F 1,2 x 1,2 3,37/30/ 3,37 1600 79,86 10,58 2,64 1,02 0,17 58,5 0,25 13,173 H 1,2 x 1,2 3,37/40/ 3,37 1600 79,86 10,58 2,64 1,02 0,17 58,5 0,25 13,978
135
Từ Hình 5.17, ta thấy, trong vùng tần số thấp (f < 125 Hz), tại 80 Hz, giá trị STL theo lý thuyết của tấm G tăng so với tấm E là 0,78 dB, giá trị STL theo thực nghiệm của tấm G tăng so với tấm E là 0.34 dB. Trong vùng tần số trung bình (125 Hz < f < 2000 Hz), ở tần số 1000 Hz, giá trị STL theo lý thuyết của tấm G tăng so với tấm E là 0,2 dB, giá trị STL theo thực nghiệm của tấm G tăng so với đến tấm E là 0,48 dB. Trong vùng tần số cao (f > 2000 Hz), tại 2500 Hz, giá trị STL theo lý thuyết của tấm G tăng so với tấm E là 1,87 dB, giá trị STL theo thực nghiệm của tấm G tăng so với tấm E là 0,53 dB.
Hình 5.18. So sánh tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich F và H.
Tương tự, hình 5.18 cho thấy, trong vùng tần số thấp (f < 125 Hz), tại 80 Hz, giá trị STL theo lý thuyết của tấm H tăng so với tấm F là 0,32 dB, giá trị STL theo thực nghiệm của tấm H tăng so với tấm F là 0.13 dB. Trong vùng tần số trung bình (125 Hz < f < 2000 Hz), ở tần số 1000 Hz, giá trị STL theo lý thuyết của tấm H tăng so với tấm F là 1,64 dB, giá trị STL theo thực nghiệm của tấm H tăng so với đến tấm F là 2,19 dB. Trong vùng tần số cao (f > 2000 Hz), tại 3125 Hz, giá trị STL theo lý thuyết của tấm H
136
tăng so với tấm F là 3,14 dB, giá trị STL theo thực nghiệm của tấm H tăng so với tấm F là 4,13 dB.
5.3. Kết luận chương 5
Chương 5 đã trình bày một quy trình thực hiện và các kết quả thí nghiệm đo tổn thất truyền âm qua các mẫu tấm composite sandwich có hai lớp da bằng vật liệu composite sợi thủy tinh/ nền plyester không no với cấu hình đúng trục [0/90/0/90]s và lớp lõi bằng vật liệu PU xốp. Tấm composite sandwich bị ngàm 4 cạnh. Từ các kết quả thực nghiệm thu được, tác giả rút ra một số kết luận sau:
Các kết quả thực nghiệm thu được có độ tin cậy cao và tương đồng với các kết quả tính toán lý thuyết theo chương trình Matlab đã xây dựng trong chương 4 của luận án.
Khối lượng riêng lớp lõi PU xốp có ảnh hưởng lớn nhất đến tổn thất truyền âm qua các tấm composite sandwich nghiên cứu. Khi tăng khối lượng riêng lớp lõi xốp, giá trị STL theo lý thuyết và thực nghiệm đều tăng. Giá trị tăng trung bình theo lý thuyết là 2,124 dB, theo thực nghiệm là 1,988 dB trên toàn dải tần số ở 1/3 Octave.
Chiều dày lớp da có ảnh hưởng đáng kể đến tổn thất truyền âm qua các tấm composite sandwich khảo sát. Chẳng hạn, khi h tăng từ 2,53mm đến 3,37mm, các
thông số khác không thay đổi thì STL theo lý thuyết tăng 1,476 dB, theo thực nghiệm STL tăng 1,774 dB trên toàn dải tần số ở 1/3 Octave.
Chiều dày lớp lõi ảnh hưởng không đáng kể đến tổn thất truyền âm qua các tấm composite sandwich. Cụ thể, khi H tăng từ 30mm đến 40mm, các thông số khác không thay đổi thì STL theo lý thuyết chỉ tăng 0,560 dB, theo thực nghiệm STL tăng 0,567 dB trên toàn dải tần số ở 1/3 Octave.
Các kết quả nghiên cứu trong chương 5 đã được tác giả công bố trong Tuyển tập các công trình hội nghị khoa học toàn quốc, Vật liệu và kết cấu composite Cơ học, Công nghệ và Ứng dụng [CT1]; Tuyển tập các công trình khoa học, Hội nghị Cơ học kỹ thuật toàn quốc Kỷ niệm 40 năm thành lập Viện Cơ học [CT8]; The International Conference on Modern Mechanics and Applications - ICOMMA 2020 [CT14], được chỉ mục bởi SCOPUS; Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ học Vật rán lần thứ XV [ CT15], [CT16] và [CT17]; Proceedings of the International Conference on Engineering Research and Application-ICERA [CT13], được chỉ mục bởi SCOPUS. Các tài liệu này được chỉ rõ trong “Danh mục các công trình liên quan đến luận án đã được công bố” trong trang 140 của luận án.
137
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ
Từ các kết quả đã trình bày trong các chương của luận án, một số điểm mới được rút ra như sau:
1. Từ phương trình dao động của kết cấu 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; tấm kép composite lớp trực hướng và tấm composite sandwich lõi bằng vật liệu xốp.
2. Đặc biệt, dựa vào công suất âm thanh, luận án đã tìm được biểu thức tường minh để tính tổn thất truyền âm qua tấm composite cốt sợi trực hướng, tấm kép composite lớp trực hướng và tấm composite sandwich lõi xốp chịu liên kết bản lề và ngàm bốn cạnh.
3. Luận án đã xây dựng được ba chương trình máy tính trong môi trường Matlab để tính tổn thất truyền âm qua kết cấu tấm composite trực hướng, tấm kép composite trực hướng và tấm composite sandwich lõi xốp. Các chương trình tính cho kết quả tin cậy khi so sánh kết quả với các kết quả đã công bố trước.
4. Đã xây dựng được một quy trình tiến hành các thí nghiệm đo tổn thất truyền âm qua các mẫu tấm composite sandwich có hai lớp da bằng vật liệu composite trực hướng, cốt sợi thủy tinh/ nền plyester không no và lớp lõi bằng vật liệu PU xốp. Tổn thất truyền âm thực nghiệm được suy ra từ việc đo các mức áp suất âm của phòng phát và phòng thu có độ tương đồng cao với các kết quả tính toán lý thuyết trong luận án.
5. Bằng tính toán lý thuyết và bằng thực nghiệm, luận án đã đánh giá định lượng ảnh hưởng của các thông số như: loại vật liệu composite, tính dị hướng và cấu hình của vật liệu composite, góc âm tới, kích thước kết cấu tấm, độ dày lớp không khí, cơ tính và độ dày lớp vật liệu xốp và điều kiện biên đến khả năng cách âm của ba loại kết cấu tấm composite cốt sợi trực hướng hay được ứng dung trong các ngành kỹ thuật và đời sống.
Có thể tham khảo cách tiếp cận cùng với các kết quả tính toán số và thực nghiệm để phân tích ứng xử dao động âm và thiết kế các kết cấu tấm composite lớp, tấm kép composite và tấm composite sandwich cốt sợi/nền polymer với lõi xốp có khả năng cách âm, giảm ồn cao cho các ứng dụng khác nhau trong chế tạo ô tô, tàu hỏa và tàu thủy vỏ composite tại Việt Nam.
138
Một số nhận xét
Từ các kết quả tính toán số và thực nghiệm, luận án rút ra một số nhận xét và khuyến nghị dưới đây:
Đ v hư g
Tấm composite Fiberglass/Epoxy có khả năng cách âm tốt hơn tấm Kevlar/epoxy và tấm Graphite/epoxy. Khi tăng độ cứng theo phương sợi, hoặc giảm độ cứng cắt trong mặt phẳng tấm, hoặc tăng độ dày tấm thì tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp trực hướng sẽ tăng lên. Với cùng thông số hình học và vật liệu, tấm chịu liên kết ngàm bốn cạnh có khả năng cách âm tốt hơn tấm bản lề trên bốn cạnh.
Đ v ké hư g, h kh g khô g khí
Trong số bốn loại tấm kép composite khảo sát: Tấm kép composite Boron/Epoxy, tấm kép Fiberglass/Epoxy, Kevlar/epoxy và tấm kép Graphite/epoxy, tấm kép composite Boron/Epoxy có khả năng cách âm tốt nhất. Tổn thất truyền âm của tấm kép với cấu hình [90/90/90/90]s cao hơn tấm kép với các cấu hình khác: [0/90/0/90]s, [0/0/0/0]s, và [90/0/0/90]s. Khi tăng độ dày tấm hoặc tăng độ dày lớp không khí thì tổn thất truyền âm qua tấm kép composite lớp cốt sợi trực hướng sẽ tăng lên. Với cùng thông số hình học và vật liệu, tấm kép chịu liên kết ngàm bốn cạnh có khả năng cách âm tốt hơn tấm bản lề bốn cạnh. Tổn thất truyền âm của tấm kép composite lớp cao hơn tấm kép bằng nhôm. Khả năng cách âm của tấm kép composite lớp tốt hơn tấm đơn composite lớp với cùng các thông số kỹ thuật.
Đ v dw h hư g, õ bằ g vậ ệ x
Tấm composite sandwich Boron/Epoxy có khả năng cách âm tốt hơn tấm sandwich