شبیهسازی عددی عملکرد فراماده جاذب صوت زیرآب دولایه بر پایه فوم متخلخل و لایه تطبیق امپدانس در محدوده فرکانسهای پایین
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1024-ISAV2025 (R2)
نویسندگان
1دانش آموخته کارشناسی ارشد دانشگاه تفرش
2دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تفرش
چکیده
این پژوهش به شبیهسازی عددی عملکرد یک جاذب صوتی زیرآبی دولایه متشکل از فوم متخلخل آلومینیومی، لایه تطبیق امپدانس و قاب فلزی پرداخته است. در این ساختار فوم متخلخل آلومینیومی درون قاب فلزی قرار گرفته تا علاوه بر پشتیبانی مکانیکی، بر رفتار آکوستیکی نیز تأثیر بگذارد. هدف اصلی، بررسی رفتار جذب صوت در محدوده فرکانسی پایین و ارزیابی تأثیر مواد مختلف لایه تطبیق بر عملکرد کلی ساختار بوده است. برای این منظور از مدل JCA جهت توصیف ویژگیهای آکوستیکی فوم متخلخل آلومینیومی و نرمافزار اجزای محدود کامسول برای تحلیل رفتار دینامیکی استفاده شده است. نتایج نشان میدهد حضور لایه تطبیق امپدانس شرایط انتقال انرژی صوتی از آب به فوم را بهبود داده و همراه با اثرات قاب فلزی موجب شکلگیری دو قله جذب اصلی در فرکانسهای پایین و میانی میشود. بررسی تغییر ضخامت لایهها نشان داد بهترین عملکرد در حالت ضخامت ۶ میلیمتر فوم متخلخل آلومینیومی و ۴ میلیمتر لایه تطبیق به دست آمده است. همچنین مقایسه مواد مختلف نشان داد لاستیک پلیاتیلن کلردار و لاستیک استایرن بوتادین یکنواختترین و پایدارترین رفتار جذب را در کل بازه ۰ تا ۲۰۰۰ هرتز ارائه میدهند و میتوانند بهعنوان گزینههای برتر در طراحی جاذبهای صوتی زیرآبی با ضخامت پایین مطرح شوند.
کلیدواژه ها
Title
Numerical simulation of the performance of a two-layer underwater sound-absorbing metamaterial based on porous foam and impedance matching layer in the low frequency range
Authors
Abstract
This study has numerically simulated the performance of a two-layer underwater sound absorber consisting of porous aluminum foam, impedance matching layer, and metal frame. In this structure, porous aluminum foam is placed inside a metal frame to affect the acoustic behavior in addition to mechanical support. The main goal was to investigate the sound absorption behavior in the low frequency range and evaluate the effect of different materials of the matching layer on the overall performance of the structure. For this purpose, the JCA model was used to describe the acoustic properties of porous aluminum foam and the COMSOL finite element software was used to analyze the dynamic behavior. The results show that the presence of the impedance matching layer improves the conditions for the transfer of sound energy from water to foam and, together with the effects of the metal frame, causes the formation of two main absorption peaks at low and mid frequencies. An investigation of the change in the thickness of the layers showed that the best performance was obtained in the case of 6 mm of porous aluminum foam and 4 mm of matching layer. Also, a comparison of different materials showed that chlorinated polyethylene rubber and styrene butadiene rubber offer the most uniform and stable absorption behavior in the entire range of 0 to 2000 Hz and can be considered as superior options in the design of low-thickness underwater sound absorbers.
Keywords
Sound-absorbing Metamaterial, Underwater, Porous Aluminum Foam, Numerical simulation