مدلسازی رفتار آکوستیکی کامپوزیت الیاف طبیعی نخل خرما با استفاده از الگوریتم تکامل تفاضلی

زمینه و هدف: پیشرفت های کنترل صدا با کمک جاذب صوتی، فرصت مناسبی را برای مطالعه روش های کاهش سروصدا و تضعیف آکوستیکی به وسیلۀ انواع مختلفی از مواد متخلخل فراهم کرده است. افزایش نگرانی ها دربارۀ اثرات نا مطلوب به کارگیری جاذب های صوتی ساخته شده از مواد و الیاف مصنوعی بر سلامت افراد، زمینۀ مساعدی را برای توسعۀ تحقیقات در مورد کاربرد الیاف طبیعی به عنوان عایق ها و جاذب های صوتی فراهم کرده است. در دو دهۀ گذشته استفاده از الیاف لیگنوسلولزی برای مقاصد مختلف به دلیل وجود خواصی چون زیست تخریب پذیری، وزن سبک، چگالی کم، قیمت ارزان و غیر سمی بودن، توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده و به عنوان جایگزینی برای جاذب های آکوستیکی ساخته شده از الیاف مصنوعی مطرح شده است. سالیانه در ایران مقادیر قابل توجهی از ضایعات کشاورزی حاوی الیاف لیگنو سلولزی به علت فقدان سازوکار بازیافت و به کارگیری مجدد، سوزانده شده یا به شکل نامناسبی دفع می شود. این در حالی است که می توان بخش زیادی از چنین ضایعاتی را برای مصارف مختلف به کار گرفت. کشور ایران به عنوان دومین تولیدکنندۀ خرما در جهان و داشتن نخلستان های وسیع، هرساله با معضل ضایعات پرحجم حاصل از برداشت و هرس درختان خرما روبرو است که عمدتاً به شکل مناسبی مورداستفاده قرار نمی گیرند. ازاین رو، هدف این پژوهش بررسی رفتار آکوستیکی نمونه های کامپوزیتی ساخته شده از الیاف طبیعی نخل خرما از طریق پیش بینی ضریب جذب صوت با مدل های تجربی مربوطه و مقایسۀ آن با داده های حاصل از آزمایش های تجربی بوده است.روش بررسی: در این مطالعه، برای اندازه گیری ضریب جذب صوتی نرمال نمونه های ساخته شده از الیاف خوشه های نخل خرما با چگالی ثابت 200 کیلوگرم بر مترمکعب در سه ضخامت مختلف بافاصله های هوایی مختلف در پشت نمونه، از دستگاه لولۀ اَمپدانس استفاده شد. سپس با نوشتن کد در نرم افزار متلب، با استفاده از الگوریتم تکامل تفاضلی، ضریب جذب صوتی پیش بینی شده برای 3 مدل دلانی ndash; بازلی، میکی و جانسونچمپوآلارد محاسبه گردید.یافته ها: نتایج نشان داد که خاصیت جذب صوتی نمونه های تهیه شده از الیاف نخل خرما به طور قابل توجهی با افزایش بسامد، بیشتر می شود و افزایش ضخامت مواد در چگالی ثابت، نقش عمده ای در تضعیف امواج صوتی به ویژه در بسامد های پایین تر (کمتر از1000 هرتز) دارد. مقایسۀ داده های حاصل از آزمایش و مدل های تجربی نشان داد که با افزایش ضخامت، مقادیر پیش بینی شده برای ضریب جذب آکوستیکی مواد، به داده های حاصل از آزمایش نزدیک می شوند. افزایش فاصلۀ هوایی در پشت نمونه تا 3 سانتیمتر، در بسامد های کمتر از 1000 هرتز، افزایش ضریب جذب صوتی را به همراه خواهد داشت.نتیجه گیری: نمونه های ساخته شده از الیاف نخل خرما، پتانسیل خوبی برای تضعیف انرژی امواج صوتی دارند. افزایش جذب صوت می تواند ناشی از فرآیند استهلاک طولانی تر انتقال حرارتی و ویسکوز، بین هوا و مواد جاذب در کامپوزیت باشد؛ که با افزایش ضخامت کامپوزیت موجب افزایش میزان جذب صوت نیز خواهد شد. از سوی دیگر الیاف طبیعی به دلیل خاصیت چسبندگی کم، قطر زیاد الیاف، مقاومت کم در برابر رطوبت و آسیب پذیر در برابر قارچ rlm;ها هنوز به اندازه الیاف مصنوعی محبوبیت نیافته rlm;اند. لذا بدیهی است که این عوامل می توانند بر روی ضریب جذب صوتی و کیفیت و ماندگاری پانل های آکوستیکی ساخته شده از الیاف طبیعی تاثیر بگذارد. به همین منظور جهت رفع این عیوب، می توان از فناوری نانو استفاده کرد تا با بهره گیری از خاصیت مواد در این حالت، به شرایط بهتر و بهبودیافته دست یافت. به نظر می رسد که این مساله ای است که باید در ساخت جاذب های صوتی ساخته شده از الیاف طبیعی در نظر گرفت.

Experimental study and modelling of date palm fibre composite acoustic behaviour using differential evolution algorithm

the . Moreover, the increase in the thickness of the samples with a constant density has a major role in attenuating the sound waves, especially in lower frequencies (less than 1000 Hz). Comparison of experimental data and models output showed that by increasing the thickness, the predicted values for the acoustic absorption coefficient of the samples approach the values obtained from the experimental tests. As can be seen, the JCA model has a fair accuracy in predicting the absorption coefficient in different thicknesses compared to the DelanyBazley and Micki models. Thus, this model at 20, 30 and 40mm thickness and lower frequency range (631600 Hz) showed different prediction accuracies of 23%, 6% and 11% respectively, while at higher frequency range (16006300 Hz) came up with 9%, 6% and 4% prediction accuracies. Thus, such agreement is considered as significant in the higher frequency range. These findings also indicate that the outputs of the JCA model, rather than two other models, are closer to the data obtained from the experimental tests for setting the sound absorption coefficients. It is therefore concluded that the JCA model (compared to the DelaneyBasile and Mickey models) has included more dominant parameters that might impact the physical properties of the samples such as thickness, mass density, sample resistance against airflow, tortuosity, viscous and thermal characteristic length. Introduction of air gap behind the DPF samples in the impedance tube transfers the maximum values of sound absorption coefficient from the upper to the lower frequency range. The results indicate that, as the sample distance from the rigid surface of the backing (up to 30 mm) increases, the sound absorption coefficient at frequencies lower than 1000 Hz will rise as well. As a result, used in this study absorbing materials with an air cavity behind them seems to play a significant role in lower production cost, and thinner layers of absorbing materials yield better absorption coefficients. The reason for this behavior is probably due to the increased impedance of absorbing material. In this case, the acoustic resonance transferred towards lower frequencies and thus improved the values of absorption performance in that range. As a result, it seems that the use of absorbing material, while having a layer of air behind them, can reduce the cost and material consumption. Thus, thinner samples made of coir fibers would provide superior values of sound absorption coefficients.Conclusion: Date palm fibres have a great potential for attenuating the energy of sound waves. Elevated levels of sound absorption can be attributed to a longer dissipative process of viscous and thermal conduction between air and the absorber. Therefore, increasing the thickness of the sample will contribute to higher amounts of sound absorption coefficient.On the other hand, natural fibers are still not as popular as synthetic fibers due to the properties such as low adhesion, high fiber diameter, low resistance to moisture and vulnerability to fungi. Therefore, it is obvious that these factors can affect the absorption coefficient of sound and the quality and durability of acoustic panels made of such natural fibers. In order to eliminate these defects, nanotechnology can be employed to achieve superior properties and better conditions by utilizing the best of these natural materials. Evidently this is the issue that should be taken into account in developing sound absorbers which are originated from the natural fibers.