تحلیل افت انتقال صوت ورق تقویت شده با گرافن براساس تئوری الاستیسیته سه‌بعدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد هوافضا-سازه‌های هوایی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران

3 دانشجوی دکتری مکانیک ، دانشکده مهندسی مکانیک ، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

با توجه به اهمیت رفتار سازه در مقابل امواج اکوستیکی، در این مطالعه سعی شده تا افت انتقال صوت ورق کامپوزیتی تقویت شده با گرافن مورد تحلیل و بررسی قرار گیرد. مواد زیادی به منظور افزایش استحکام و بهبود رفتار وایبرواکوستیکی سازه‌های ساندویچی مورد استفاده قرار گرفته‌اند که گرافن یکی از آن‌ها بوده و طی چند سال اخیر محققان زیادی را به پژوهش در این باره واداشته است. به منظور استخراج معادلات حاکم بر مسئله از تئوری الاستیسیته سه‌بعدی استفاده شده و به منظور حل معادلات روش تحلیلی و دقیق بردار حالت به کار گرفته شده است. برای بررسی اعتبار نتایج بدست آمده به کمک مطالعات پیشین، از دو پژوهش که افت انتقال صوت ورق را بررسی کرده‌اند، استفاده شده است. در ادامه برای یافتن پارامترهای موثر روی مقدار افت انتقال صوت ورق، تغییرات کسر وزنی گرافن، ضخامت ورق، زاویه موج برخوردی، ضخامت صفحات نازک گرافن (GPLs) و عرض GPL بررسی شده است. در نهایت نتایج عددی حاکی از آن بوده که افزودن گرافن به ماده کامپوزیتی باعث افزایش استحکام آن شده و در نتیجه رفتار سازه را در مقابل فشار امواج اکوستیکی بهبود بخشیده است. هم‌چنین افزایش ضخامت ورق نیز تاثیر مثبتی روی افت انتقال صوت داشته و بررسی تغییرات عرض GPLها با طول ثابت نشان داده که تاثیر چندانی روی رفتار وایبرواکوستیک سازه نخواهد داشت.

کلیدواژه‌ها


[1]        J. Yang, H. Wu, and S. Kitipornchai, "Buckling and postbuckling of functionally graded multilayer graphene platelet-reinforced composite beams," Composite Structures, vol. 161, pp. 111-118, 2017.
[2]        S. Kitipornchai, D. Chen, and J. Yang, "Free vibration and elastic buckling of functionally graded porous beams reinforced by graphene platelets," Materials & Design, vol. 116, pp. 656-665, 2017.
[3]        Z. Zhao, C. Feng, Y. Wang, and J. Yang, "Bending and vibration analysis of functionally graded trapezoidal nanocomposite plates reinforced with graphene nanoplatelets (GPLs)," Composite Structures, vol. 180, pp. 799-808, 2017.
[4]        B. Yang, S. Kitipornchai, Y.-F. Yang, and J. Yang, "3D thermo-mechanical bending solution of functionally graded graphene reinforced circular and annular plates," Applied Mathematical Modelling, vol. 49, pp. 69-86, 2017.
[5]        H.-S. Shen, Y. Xiang, and F. Lin, "Nonlinear bending of functionally graded graphene-reinforced composite laminated plates resting on elastic foundations in thermal environments," Composite Structures, vol. 170, pp. 80-90, 2017.
[6]        R. Gholami and R. Ansari, "Large deflection geometrically nonlinear analysis of functionally graded multilayer graphene platelet-reinforced polymer composite rectangular plates," Composite Structures, vol. 180, pp. 760-771, 2017.
[7]        H.-S. Shen and Y. Xiang, "Postbuckling of functionally graded graphene-reinforced composite laminated cylindrical shells subjected to external pressure in thermal environments," Thin-Walled Structures, vol. 124, pp. 151-160, 2018.
[8]        Y. Wang, C. Feng, Z. Zhao, and J. Yang, "Buckling of graphene platelet reinforced composite cylindrical shell with cutout," International Journal of Structural Stability and Dynamics, vol. 18, no. 03, p. 1850040, 2018.
[9]        A. Wang, H. Chen, Y. Hao, and W. Zhang, "Vibration and bending behavior of functionally graded nanocomposite doubly-curved shallow shells reinforced by graphene nanoplatelets," Results in Physics, vol. 9, pp. 550-559, 2018.
[10]      F. Ebrahimi, M. Nouraei, and A. Dabbagh, "Modeling vibration behavior of embedded graphene-oxide powder-reinforced nanocomposite plates in thermal environment," Mechanics Based Design of Structures and Machines, vol. 48, no. 2, pp. 217-240, 2020.
[11]      Y. Heydarpour, P. Malekzadeh, R. Dimitri, and F. Tornabene, "Thermoelastic analysis of rotating multilayer FG-GPLRC truncated conical shells based on a coupled TDQM-NURBS scheme," Composite Structures, vol. 235, p. 111707, 2020.
[12]      M. Rout, S. S. Hota, and A. Karmakar, "Thermoelastic free vibration response of graphene reinforced laminated composite shells," Engineering Structures, vol. 178, pp. 179-190, 2019.
[13]      Z. Xu and Q. Huang, "Vibro-acoustic analysis of functionally graded graphene-reinforced nanocomposite laminated plates under thermal-mechanical loads," Engineering Structures, vol. 186, pp. 345-355, 2019.
[14]      Z. Xu, Z. Zhang, J. Wang, X. Chen, and Q. Huang, "Acoustic analysis of functionally graded porous graphene reinforced nanocomposite plates based on a simple quasi-3D HSDT," Thin-Walled Structures, vol. 157, p. 107151, 2020.
[15]      M. Ghassabi, M. Zarastvand, and R. Talebitooti, "Investigation of state vector computational solution on modeling of wave propagation through functionally graded nanocomposite doubly curved thick structures," Engineering with Computers, vol. 36, no. 4, pp. 1417-1433, 2020.
[16]      J. Ye, Laminated composite plates and shells: 3D modelling. Springer Science & Business Media, 2002.
[17]      M. Ghassabi, R. Talebitooti, and M. Zarastvand, "State vector computational technique for three-dimensional acoustic sound propagation through doubly curved thick structure," Computer methods in applied mechanics and engineering, vol. 352, pp. 324-344, 2019.
[18]      F. Xin and T. Lu, "Analytical modeling of sound transmission across finite aeroelastic panels in convected fluids," The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 128, no. 3, pp. 1097-1107, 2010.
[19]      L. A. Roussos, "Noise transmission loss of a rectangular plate in an infinite baffle," in Meeting of the Acoustical Society of America, 1985.