Tham số Ký hiệu Giá trị
Vậ ệ hô
Mô đun Young Ep 70 GPa
Khối lượng riêng của tấm ρp 2700 kg/m3
Hệ số Poisson νp 0.33
Chiều dày tấm dưới h1 1.27 mm
Chiều dày tấm trên h2 0.762 mm
Chiều dài x chiều rộng của tấm a x b 1.2 m x 1.2 m
Chiều dày lớp xốp H 27 mm
Vậ ệ x
Mô đun đàn hồi Es 8.105 Pa
Khối lượng riêng của pha rắn ρs 30 kg/m3
Hệ số Poisson pha rắn νs 0.40
Trở kháng dòng chảy ψ 25.103 MKS Rayls m-1
Độ xốp ς 0.9
Hệ số hình học kết cấu ϑ 0.78
Hệ số nhiệt dung riêng χ 1.4
Hình 4.4, cho thấy rằng, trong vùng tần số 100-5000 Hz được chia thành các dải 1/3 octave, đường cong mô tả STL theo lý thuyết trong luận án tương đồng với đường STL tính theo lý thuyết của Bolton [57]; sai lệch trung trình trên tồn dải tần số được xét là 3.70 dB.
Hình 4.4 So sánh tổn thất truyền âm qua tấm sandwich nhôm, đẳng hướng, hữu hạn có lõi là vật liệu xốp theo lý thuyết với kết quả lý thuyết của Bolton [57].
Trong mục tiếp theo, nhờ chương trình tính trong mơi trường Matlab, luận án sẽ đánh giá định lượng về ảnh hưởng của độ cứng, độ dày và cấu hình các lớp composite của các lớp bề mặt; khối lượng riêng và mô đun đàn hồi của lớp lõi xốp cũng như điều kiện biên đến khả năng cách âm của kết cấu tấm composite sandwich trực hướng, chữ nhật, hữu hạn có lõi là vật liệu xốp. Trong các tính tốn số ở dưới, cơ tính vật liệu được cho trong bảng 3.1 của luận án. Thơng số kích thước hình học của lớp da: chiều dài x chiều rộng, a x b = 1,2m x 1,2m; chiều dày tấm dưới, h1 = 1,27mm; chiều dày tấm trên, h2 = 0,762mm và chiều dày lõi, H = 27mm. Vật liệu xốp có cơ tính như sau: mơ đun
đàn hồi, Es = 8.105 Pa; khối lượng riêng của pha rắn, ρs = 30kg/m3; hệ số Poisson pha rắn, νs = 0.40; trở kháng dòng chảy, ψ = 25.103
MKS Rayls m-1 ; độ xốp, ς = 0.9; hệ số
hình học kết cấu, ϑ = 0.78; hệ số nhiệt dung riêng, χ = 1.4; số Prandtl, Pr = 0.71. Vận tốc âm thanh trong khơng khí, c = 343m/s; khối lượng của khơng khí, ρ0 = 1,21kg/m3 và biên độ ban đầu, I0 = 1m2/s.
4.7. Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố đến tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich lõi xốp qua tấm composite sandwich lõi xốp
4.7.1. Ảnh hưởng của loại vật liệu composite sandwich
Trong phần này, ta xét ảnh hưởng của loại vật liệu composite đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, hữu hạn có lõi là vật liệu xốp chịu liên kết ngàm bốn cạnh và 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 cho bốn loại vật liệu composite sau: Boron/Epoxy, Glass/Epoxy, Graphite/Epoxy và Kevlar/Epoxy. Tấm sandwich gồm hai tấm bề mặt (tấm trên và tấm dưới) bằng cùng vật liệu composite lớp, trực hướng có cấu hình [0/90/0/90]s.
Hình 4.5 Ảnh hưởng của loại vật liệu đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, hữu hạ,n lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh.
Hình 4.6 Ảnh hưởng của loại vật liệu đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, hữu hạn, lõi xốp chịu liên kết ngàm bốn cạnh.
Từ hình 4.5 và hình 4.6, ta thấy rằng, giá trị STL của tấm sandwich vật liệu Boron/Epoxy là lớn nhất so với các tấm sandwich bằng vật liệu composite còn lại và giá
trị STL của tấm vật liệu Kevlar/Epoxy là nhỏ nhất trên toàn dải tần số khảo sát. Đối với tấm composite sandwich chịu liên kết tựa bản lề, điểm cực tiểu đầu tiên của đường cong STL tại tần số f = 1000 Hz trong khi đó, với tấm composite sandwich chịu liên kết ngàm, điểm cực tiểu đầu tiên tại tần số f = 1250 Hz do phụ thuộc vào ứng xử dạng của từng liên kết. Vượt qua các tần số trên, các đường cong STL hoạt động đồng bộ theo từng quy luật riêng tương ứng với các điều kiện liên kết của kết cấu.
4.7.2. Ảnh hưởng chiều dày lớp da
Xét ảnh chiều dày lớp da đến STL qua hai tấm composite sandwich lõi xốp trực hướng hữu hạn có điều kiện biên khác nhau bị kích thích bởi sóng âm tới có góc tới φ = 30o và góc phương vị θ = 45o. Đối với tấm composite sandwich có điều kiện tựa bản lề bốn cạnh bốn cặp thay đổi độ dày lớp da được chọn: (h1, h2) = (1,0; 1,0), (1,0; 2,0), (2,0; 1,0) và (2,0; 2,0) mm. Đối với tấm composite sandwich có điều kiện biên ngàm bốn cạnh, bốn cặp thay đổi độ dày lớp da được chọn là: (h1, h2) = (1,0; 1,0), (1,0; 1,5), (1,5; 1,0) và (2,0; 2,0) mm. Hai tấm da bằng cùng vật liệu composite lớp Glass/Epoxy có cấu hình [90/0/0/90]s. Kết quả tính tốn được thể hiện trong hình 4.7.
Từ hình 4.7 và hình 4.8, ta quan sát thấy rằng, giá trị STL tăng khi tăng độ dày lớp da, có nghĩa là sóng âm truyền qua tấm dày hơn sẽ ít lan truyền và phản xạ hơn và dẫn đến tần số cộng hưởng nhỏ hơn. Đối với tấm composite sandwich liên kết tựa bản lề bốn cạnh có độ dày lớp da: (h1; h2) = (2,0; 1,0) và (2,0; 2,0), điểm cộng hưởng đầu tiên xuất hiện tại tần số, f = 800 Hz, trong khí đó, với độ dày lớp da: (h1; h2) = (1,0; 1,0) và (1,0; 2,0) điểm cộng hưởng đầu tiên xuất hiện tại tần số, f = 1000 Hz. Đối với tấm composite sandwich liên kết tựa bản lề bốn cạnh có độ dày lớp da: (h1; h2) = (1,5; 1,0) và (2,0; 2,0), điểm cộng hưởng đầu tiên xuất hiện tại tần số, f = 1000 Hz, trong khí đó, với độ dày lớp da: (h1; h2) = (1,0; 1,0) và (1,0; 1,5) điểm cộng hưởng đầu tiên xuất hiện tại tần số, f = 1250 Hz. Sự khác biệt giữa các điểm cộng hưởng với các điều kiện biên khác nhau này được hiểu là do ứng xử dạng của từng liên kết và ứng xử của pha rắn khi bị kích thích tác động lên độ cứng uốn của tấm. Khi qua các tần số này, điểm cộng hưởng thứ hai của hai tấm composite sandwich sẽ xuất hiện ở các tần số khác nhau do độ cứng của lớp xốp điều khiển. Với các tần số cao (f > 3200 Hz), các đường cong STL tuân theo quy luật riêng do sự cộng hưởng của hệ thống tấm - lõi xốp - tấm hoạt động đồng bộ cùng nhau.
Hình 4.7 Ảnh hưởng của chiều dày lớp da đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, hữu hạn lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh.
Hình 4.8 Ảnh hưởng của chiều dày lớp da đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, hữu hạn lõi xốp chịu liên kết ngàm bốn cạnh.
4.7.3. Ảnh hưởng chiều dày lớp lõi xốp
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 tốn 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, có thể kết luận rằng, cấu hình của vật liệu dường như không ảnh hưởng đến giá trị STL
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 mơ 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 tốn được thể hiện trong hình 4.13.
Từ hình 4.13, ta thấy rằng giá trị của STL tăng khi tăng giá trị của mơ đun Young trên tồn dải tần số được xét. Ngồi ra, sự thay đổi giá trị mơ 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 mơ đun Young của lớp da là một trong những tham số ảnh hưởng đáng kể đến STL.
Hình 4.13 Ảnh hưởng của mơ 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 thơng 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 tốn 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
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 chốn khơng gian nhiều hơn trong vật liệu xốp làm cho sự truyền âm tốt hơn tức là giá trị STL suy giảm
Ảnh hưởng của mơ 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 mơ 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 khơng 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