مطالعه تجربی و مدلسازی رفتار آکوستیکی الیاف طبیعی نخل خرما با رویکرد نوین

مساله و مشکل: امروزه، نگرانیهای روزافزون در مورد مسائل ایمنی و سلامتی انسان، افزایش گازهای گلخانه ای به دلیلانتشار گاز دی اکسید کربن و حجم عظیم ضایعات و زباله های حاصل از به ک ارگیری الیاف مصنوعی، سازندگان، مهندسان وطراحان را به سمت جستجو برای شناخت خواص الیاف طبیعی دوست دار محیط زیست سوق داده است. استفاده از جاذب هایصوتی ساخته شده از الیاف طبیعی، به دلیل خواصی چون زیست تخریب پذیری بیشتر، وزن سبک تر، چگالی کمتر، استحکامویژه قابل قبول، قیمت ارزانتر و غیر سمی بودن، باعث شده تا این مواد به عنوان جایگزین های مناسبی برای جاذب هایآکوستیکی ساخته شده از الیاف مصنوعی مطرح شوند.هدف کاربردی: بررسی ضرایب جذب آکوستیکی نرمال جاذب های صوتی ساخته شده از الیاف طبیعی حاصل از ضایعات نخلخرما به روش تجربی و مقایسه آنها با ضرایب جذب پیش بینی شده توسط مدل های ریاضی.روش کار: ابتدا ضایعات الیاف طبیعی شامل الیاف لیگنوسلولزی خوشه های خرما از نخلستان های کشور تهیه و در آزمایشگاه،با استفاده از آب مقطر شستشو و سپس جهت ثابت شدن وزن در د اخل آون به مدت 24 ساعت خشک شد. الیاف خشک شدهبه اندازه های کوچکی بریده و مش بندی شد. جهت همبندی الیاف از رزین زیست تخریب پذیر پلی وینیل الکل استفاده شد. درمرحله بعد، الیاف توده شده در درون قالبی استوانه ای، مطابق با قطرهای داخلی (10cm و 3) لوله های امپدانسبا ضخامت های 2cm؛ 3 و 4 و چگالی ثابت kg/m200 ریخته و نمونه ها ساخته شد. نتایج برای 3 ضخامت مختلف از جاذبتهیه شده و اثرات فاصله های هوایی (در پشت جاذب) بر ضرایب جذب صوتی آنها با استفاده از سیستم لوله امپدانس مشخصشد. سپس با استفاده از مدل دلانی- بیزلی و مدل جانسون- چمپو- آلارد، ضریب جذب صوتی در بازه بسامدی 63-6300 هرتزتوسط نرم افزار متلب برنامه نویسی و پیش بینی شد. مقادیر پیش بینی شده پارامترهای فیزیکی الیاف نخل خرما توسط الگوریتمتکامل تفاضلی، در نرم افزار متلب و با داشتن داده هایی مثل ضخامت، چگالی، مقاومت جریان هوا و ضریب جذب حاصل ازداده های آزمایشگاهی و به کار گیری روش معکوس محاسبه شد. همچنین مقادیر پیش بینی شده توسط مدل ها با داده هایحاصل از آزمایش مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفت.یافته ها: بر اساس نتایج به دست آمده، جذب صوتی نمونه های ساخته شده از الیاف نخل خرما با افزایش بسامد به طورقابل توجهی افزایش می یابد؛ به طوری که در بسامدهای پایین، ضرایب جذب کم و در بسامدهای بالا، ضرایب جذب افزایشمی یابند. ضخامت مواد، به ویژه در بسامد های پایین تر، نقش بسیار عمده ای در تضعیف انرژی صوتی دارد. افزایش فاصله نمونه ازسطح سخت پشت آن اثر مثبتی بر ضریب جذب صوت در محدوده بسامد های پایین دارد و باعث حرکت مقادیر حداکثر جذببه سمت بسامد های پایین تر می شود همچنین استفاده از ماده جاذب، درحالی که یک لایه هوا در پشت آن با وجود دارد، نقشمهمی در کاهش هزینه مصرفی خواهد داشت؛ بدین ترتیب با ضخامت کمتری از مواد جاذب می توان ضریب جذب بهتری را بهدست آورد. مقایسه نتایج ضرایب جذب حاصل از آزمایش ها و پیش بینی توسط مدل ها هماهنگی خوبی را به خصوص دربسامد های پایین نشان داد. ب ااین حال، پیش بینی های مدل توسعه یافته جانسون- چمپو- آلارد که به روش معکوس و با کد نویسی در متلب به کار گرفته شده بود در مقایسه با مدل دلانی بیزلی به نتایج آزمایشگاهی نزدیک تر بود.

کلیدواژه ها:

ضریب جذب صوت ، لوله امپدانس ، الیاف طبیعی نخل خرما ، مدل تجربی ، الگوریتم تکامل تفاضلی