نقش توالی قرارگیری مواد جاذب طبیعی و مصنوعی در ساختارهای دو لایه مرکب در بهبود عملکرد آکوستیکی لیف طبیعی با استفاده از روش اجزاء محدود

مقدمه: در مطالعات متعددی عملکرد آکوستیکی مواد جاذب طبیعی مورد بررسی قرار گرفته است. برخی از این مواد در محدوده فرکانسی کمتر از 1000 هرتز عملکرد ضعیفی دارند. در مطالعه حاضر، سعی گردید تا نقش توالی قرارگیری ساختارهای دو لایه مرکب متشکل از الیاف طبیعی و مصنوعی در بهبود ضریب جذب صوتی لیف طبیعی در محدوده فرکانس پایین(63 تا 1000 هرتز) به‌وسیله مدل‌سازی با روش عددی اجزاء محدود بررسی گردد.روش کار: در این پژوهش، عملکرد آکوستیکی ساختارهای دو لایه متشکل از مواد جاذب طبیعی و مصنوعی با روش عددی اجزاء محدود و مدل johnsonchampouxallard در نرم افزار comsol نسخه 5.3a بررسی گردید. مواد جاذب صوتی مورد مطالعه شامل لیف خرما، فوم پلی‌اورتان و لاستیک بود. همچنین، هر یک از ساختارهای دو لایه مرکب متشکل از ضخامت10 میلی متری لیف خرما به همراه ضخامت10 میلی متری از هر یک از مواد جاذب مصنوعی شامل لاستیک یا فوم پلی‌اورتان بود که با چینش متفاوت مواد جاذب در هر ساختار، در مجموع چهار نوع ساختار دو لایه مرکب بررسی گردید.یافته ها: جایگاه قرارگیری لیف طبیعی می‌تواند نقش مهمی در عملکرد صوتی ساختارهای دو لایه مرکب مورد بررسی ایفا نماید. به طوریکه در مقایسه ساختارهای دو لایه مورد بررسی با یکدیگر مشخص شد که هنگامیکه در ساختارهای دو لایه مرکب با ضخامت 20 میلی‌متر، لیف طبیعی به‌عنوان اولین لایه مواجهه یافته با صوت نرمال بود، روند عملکرد آکوستیکی تقریبا مشابه با ساختار تک لایه متشکل از ماده طبیعی با ضخامت 20 میلی‌متر دیده شد؛ اما، زمانی‌که در ساختارهای مرکب، جاذب مصنوعی اولین لایه مواجهه یافته با صوت بود، روند عملکرد جذب صوتی بهبود پیدا کرد.نتیجه گیری: بر اساس نتایج بدست آمده، ساختار مرکب دارای لایه فوقانی با چگالی بیشتر و تخلخل کمتر، روند جذب صوتی بهتری نسبت به ساختار تک لایه شامل ماده جاذب طبیعی را نشان داد.

Impact of Layout Sequence of the Natural and Synthetic Adsorbents in Double-Layered Composites on Improving the Natural Fiber Acoustic Performance Using the Numerical Finite Element Method

Introduction: The acoustic performance of natural fiber adsorbents has been investigated in numerous studies. A part of these materials show a poor adsorption within the frequency range of less than 1000 Hz. In the present study, attempts were made to investigate the effect of layout sequence of doublelayered composites consisting of natural and synthetic fibers on improving the acoustic adsorption coefficient of natural fiber in the lowfrequency range (63 to 1000 Hz) using the numerical finite element method.Material and Methods: In this study, the finite element method and the JohnsonChampouxAllard model in COMSOL software version 5.3a were used to investigate the acoustic performance of the doublelayered composites consisting of natural and synthetic adsorbents. The acoustic absorbers under study included date palm fiber, polyurethane foam and cellular rubber. Each doublelayered composite included a date palm fiber with 10mm in thickness and a synthetic adsorbent (polyurethane foam or cellular rubber) with 10mm in thickness. In sum, four doublelayered composite structures with different layouts of adsorbents in each structure were studied.Results: The location of natural fiber can play a critical role in the acoustic performance of the doublelayered composite structures such that comparing the studied doublelayered composites revealed that when the natural fiber was the first layer exposed to the normal sound in the doublelayered composites with 20mm in thickness, the trend of acoustic performance was approximately the same as the singlelayered composite of natural fiber with 20mm in thickness; but in the composite structures, when the synthetic adsorbent was the first layer exposed to the sound, the trend of acoustic absorption was improved.Conclusion: On the basis of the results, the doublelayered composite structure with a higherdensity and lowerporosity upper layer showed a better acoustic absorption trend than the singlelayered composite including the natural adsorbent.