(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi

(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu sự truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

GS TS TRẦN ÍCH THỊNH

Hà Nội - 2022

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan mọi kết quả nghiên cứu của luận án: “Nghiên cứu tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp cốt sợi” là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các

số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Phú Thọ, ngày……tháng……năm 2022

LỜI CẢM ƠN

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn: GS TS Trần Ích Thịnh

đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện và động viên trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án

Tác giả chân thành cảm ơn tập thể các thầy, cô Bộ môn Cơ học vật liệu và kết cấu – Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ

và hướng dẫn trong suốt thời gian tác giả nghiên cứu tại Bộ môn

Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể các thành viên trong nhóm Seminar "Cơ học Vật rắn biến dạng" - ĐH Bách Khoa Hà Nội, ĐH Khoa học tự nhiên, ĐH Công nghệ,

ĐH Xây Dựng, ĐH Kiến Trúc, Viện Khoa học Vật liệu Xây dựng, ĐH Giao Thông Vận tải, Học viện Hậu cần, Học viện Kỹ thuật Quân sự, ĐH Thái Nguyên đã đóng góp nhiều ý kiến quí báu và có giá trị cho nội dung đề tài luận án

Tác giả xin chân thành cảm ơn TS Đinh Đức Tiến – Viện Nghiên cứu và Chế tạo Tàu thủy - Đại học Nha Trang đã hướng dẫn, giúp đỡ chế tạo mẫu thí nghiệm và quá trình tiến hành đo thực nghiệm

Tác giả xin chân thành cảm ơn Tập thể các cán bộ giảng viên Khoa Cơ khí – Ô tô – Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì đã giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi về thời gian cũng như công viện để tác giả có thể hoàn thành được thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn các bạn bè, đồng nghiệp tận tình giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình tác giả học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thành viên trong gia đình đã thông cảm, tạo điều kiện và chia sẻ những khó khăn trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VII DANH MỤC CÁC BẢNG IX DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ X

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 6

1.1 Giới thiệu về vật liệu composite 6

1.2 Lý thuyết truyền âm 9

1.2.1 Sóng âm và tiếng ồn 9

1.2.2 Tần số, bước sóng, biên độ 9

1.2.3 Áp suất âm 10

1.2.4 Mức áp suất âm 11

1.2.5 Cường độ âm và mức cường độ âm 11

1.2.6 Công suất âm và mức công suất âm 12

1.2.7 Dải tần số âm 12

1.3 Tình hình nghiên cứu về truyền âm qua các kết cấu composite 13

1.3.1 Tình hình nghiên cứu về truyền âm qua tấm composite lớp 14

1.3.2 Tình hình nghiên cứu về truyền âm qua tấm kép composite 18

1.3.3 Tình hình nghiên cứu về truyền âm qua tấm composite sandwich, lõi xốp 23 1.3.4 Tình nghiên cứu về truyền âm qua kết cấu tấm ở Việt Nam 33

1.4 Kết luận chương 1 34

CHƯƠNG 2 TRUYỀN ÂM QUA TẤM COMPOSITE LỚP CỐT SỢI TRỰC HƯỚNG 37

2.1 Mô hình kết cấu tấm composite lớp trực hướng 37

2.2 Phương trình dao động của tấm composite lớp 38

2.3 Điều kiện biên của tấm composite lớp 39

2.4 Tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp 42

2.5 Kiểm tra độ tin cậy của mô hình và phương pháp 48

2.6 Đánh giá một số ảnh hưởng đến tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp trực

hướng 53

2.6.1 Ảnh hưởng của loại vật liệu composite 54

2.6.2 Ảnh hưởng của góc tới 54

2.6.3 Ảnh hưởng của tính dị hướng 57

2.6.4 Ảnh hưởng của độ dày tấm composite 58

2.6.5 Ảnh hưởng điều kiện biên 59

2.7 Kết luận chương 2 61

CHƯƠNG 3 TRUYỀN ÂM QUA TẤM KÉP COMPOSITE CỐT SỢI TRỰC HƯỚNG 63

3.1 Mô hình kết cấu tấm kép composite cốt sợi trực hướng 63

3.2 Phương trình chuyển động của tấm kép composite lõi không khí 64

3.3 Điều kiện biên của tấm kép composite lõi không khí 65

3.4 Tổn thất truyền âm qua tấm kép composite lõi không khí 69

3.5 Kiểm tra độ tin cậy của mô hình và phương pháp 73

3.6 Đánh giá một số ảnh hưởng đến tổn thất truyền âm qua tấm kép composite 75

3.6.1 Ảnh hưởng của loại vật liệu composite 75

3.6.2 Ảnh hưởng chiều dày tấm 76

3.6.3 Ảnh hưởng chiều dày khoang khí 78

3.6.4 Ảnh hưởng góc âm tới 79

3.6.5 Ảnh hưởng của cấu hình vật liệu composite 81

3.6.6 Ảnh hưởng của kích thước tấm bề mặt 82

3.6.7 Ảnh hưởng của điều kiện biên 83

3.6.8 So sánh tổn thất truyền âm qua tấm kép kim loại với tấm kép composite lõi không khí 83

3.6.9 So sánh tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp với tấm kép composite lõi không khí 84

3.7 Kết luận chương 3 85

CHƯƠNG 4 TRUYỀN ÂM QUA TẤM COMPOSITE SANDWICH LÕI XỐP 87 4.1 Mô hình kết cấu tấm composite sandwich lõi xốp 87

4.2 Phương trình dao động của tấm composite sandwich lõi bằng vật liệu xốp 88

4.3 Điều kiện biên của tấm composite sandwich lõi là vật liệu xốp 89

4.4 Mô hình vật liệu xốp và giải bài toán dao động âm 90

4.5 Tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich lõi xốp 98

4.6 Kiểm tra độ tin cậy của mô hình và phương pháp 99

4.7 Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố đến tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich lõi xốp 102

4.7.1 Ảnh hưởng của loại vật liệu composite sandwich 102

4.7.2 Ảnh hưởng chiều dày lớp da 103

4.7.3 Ảnh hưởng chiều dày lớp lõi xốp 104

4.7.4 Ảnh hưởng của cấu hình vật liệu composite 106

4.7.5 Ảnh hưởng của mô đun đàn hồi vật liệu composite 107

4.7.6 Ảnh hưởng của cơ tính lớp lõi xốp 107

4.7.7 Ảnh hưởng của góc âm tới 111

4.7.8 Ảnh hưởng của điều kiện biên 113

4.8 Kết luận chương 4 114

CHƯƠNG 5 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ TRUYỀN ÂM QUA TẤM COMPOSITE SANDWICH VỚI LÕI LÀ PU XỐP 116

5.1 Quy trình thí nghiệm 116

5.1.1 Mô tả phòng thu-phòng phát 116

5.1.2 Chế tạo mẫu composite sandwich lõi PU xốp 118

5.1.3 Phương pháp đo 121

5.1.4 Quy trình đo 121

5.1.5 Các thông số cần đo 122

5.1.6 Kiểm tra độ tin cậy của phép đo 123

5.2 Kết quả thực nghiệm đo STL qua các mẫu composite sandwich có lõi là PU xốp 125

5.2.1 Mẫu composite sandwich I 126

5.2.2 Mẫu composite sandwich K 127

5.3 So sánh kết quả STL theo thực nghiệm và lý thuyết qua các mẫu composite sandwich lõi PU xốp 129

5.3.1 Tấm có khối lượng riêng lớp lõi khác nhau, cùng chiều dày lớp da và cùng chiều dày lớp lõi 129

5.3.2 Tấm có chiều dày lớp da khác nhau, cùng chiều dày lớp lõi, cùng khối lượng riêng lớp lõi 132

5.3.3 Tấm có chiều dày lớp lõi khác nhau, cùng chiều dày lớp da, cùng khối

lượng riêng lớp lõi 134

5.3 Kết luận chương 5 136

KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 137

TÀI LIỆU THAM KHẢO 143 PHỤ LỤC A

p i , p 0 Áp suất âm và biên độ lớn nhất của áp suất âm tức thời

g c , χ, R, T 0 Hệ số chuyển đổi, hệ số nhiệt dung riêng, hằng số khí và

nhiệt độ tuyệt đối

L p , L I , L w , I Mức áp suất âm, mức cường độ âm, mức công suất âm và

ρ 0 , ω Mật độ không khí và tần số góc của sóng tới

Φ i , w i Thế vận tốc và chuyển vị ngang của tấm

Q ij , E i , G 12 , ν Các hằng số độ cứng và Mô đun đàn hồi kéo, nén theo

phương i, mô đun cắt và hệ số Poisson

I mn , β mn , γ mn , ψ mn , ε mn Biên độ sóng

φ, θ Góc tới và góc phương vị

φ mn ,α i,mn , ω mn Hàm dạng, hệ số dạng và tần số dao động riêng của tấm

ξ 1 , ξ 2 Sự dịch chuyển của hạt âm

П i , *

i

τ d , τ 0, STL Hệ số công suất truyền âm và tổn thất truyền âm

e s , e f , u s , u f Biến dạng và chuyển vị của pha rắn và pha lỏng

A, N, Pr Hệ số Lamé, mô đun cắt đàn hồi và số Prandtl

Q, S Hệ số thay đổi thể tích của pha rắn và pha lỏng

E s , E f , E 0

Hệ số Young mô đun của pha rắn, mô đun bulk của sự đàn hồi chất lỏng trong các lỗ rỗng và mô đun bulk của không khí

s

s

2 1

2

1, , ,

Г 2,mn , Г 1,mn Các thông số phụ của pha rắn và pha lỏng

M, R, D, V Ma trận truyền, Véc tơ lực, véc tơ cột của D 1 , D 2 , D 3 , D 4

và ma trận nghịch đảo của ma trận chuyển M

Q i,mn , f mn Hệ số và hằng số phụ thuộc điều kiện biên

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Cơ tính riêng của một số vật liệu thường gặp 7

Bảng 1.2 Cơ tính riêng của một số vật liệu lõi thường gặp 8

Bảng 1.3 Tám Octave cho phép 13

Bảng 2.1 Các thông số sử dụng trong tính toán tổn thất truyền âm của tấm đẳng hướng, hữu hạn 49

Bảng 2.2 Các thông số sử dụng trong tính toán tổn thất truyền âm của một tấm thép đẳng hướng hữu hạn 50

Bảng 2.3 Cơ tính của vật liệu composite 52

Bảng 2.4 Tính chất cơ học của vật liệu composite 54

Bảng 2.5 Cơ tính của vật liệu composite 59

Bảng 3.1 Kích thước hình học và cơ tính của vật liệu composite 75

Bảng 4.1 Các tham số vật liệu của tấm nhôm và lớp vật liệu xốp 99

Bảng 4.2 Các tham số vật liệu của tấm nhôm và lớp vật liệu xốp 100

Bảng 5.1 Tổng hợp các các thông số của mẫu thử 120

Bảng 5.2 Giá trị đo tổn thất truyền âm qua tấm thép 124

Bảng 5.3 Giá trị đo STL của mẫu composite sandwich I 126

Bảng 5.4 Giá trị đo STL của mẫu composite sandwich K 128

Bảng 5.5 Thông số hình học và cơ tính vật liệu composite sandwich 129

Bảng 5.6 Thông số hình học và cơ tính vật liệu composite sandwich 132

Bảng 5.7 Thông số hình học và cơ tính vật liệu composite sandwich 134

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Cấu tạo vật liệu composite sandwich 7

Hình 1.2 Vật liệu composite sandwich có lõi PU 8

Hình 1.3 Các dạng lõi của vật liệu composite sandwich 8

Hình 1.4 Bước sóng 9

Hình 1.5 Biểu đồ thể hiện biên độ và bước sóng 10

Hình 1.6 Sóng hình sin 10

Hình 1.7 Biểu đồ áp suất âm 11

Hình 1.8 Cường độ âm 11

Hình 1.9 Các dải tần số 1 octave và 1/3 octave 13

Hình 2.1 Sơ đồ truyền âm qua tấm composite lớp hình chữ nhật trực hướng hữu hạn liên kết bản lề hoặc ngàm bốn cạnh: 37

Hình 2.2 So sánh tổn thất truyền âm qua tấm thép đẳng hướng hữu hạn theo luận án và lý thuyết của Lin và cộng sự 49

Hình 2.3 So sánh tổn thất truyền âm qua tấm nhôm đẳng hướng, hữu hạn theo luận án và lý thuyết của Roussos [11] 50

Hình 2.4 So sánh tổn thất truyền âm qua tấm nhôm đẳng hướng hữu hạn theo luận án và thực nghiệm của Harris [16] 51

Hình 2.5 So sánh tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp trực hướng, hữu hạn theo lý thuyết và thực nghiệm của Koval [10] 51

Hình 2.6 So sánh tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp, hữu hạn theo lý thuyết trong luận án và thực nghiệm của Kuo qua tấm [UD]7 [25] 52

Hình 2.7 So sánh tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp, hữu hạn theo lý thuyết trong luận án và thực nghiệm của Kuo qua tấm [Mat]7 [25] 52

Hình 2.8 So sánh tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp, hữu hạn theo lý thuyết trong luận án và thực nghiệm của Kuo qua tấm [Rovin]7 [25] 53

Hình 2.9 Tổn thất truyền âm qua ba tấm composite lớp trực hướng, hữu hạn: Kevlar/epoxy, Graphite/epoxy và Fiberglass/epoxy 54

Hình 2.10 Ảnh hưởng của góc tới đến tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp Graphite/Epoxy liên kết tựa bản lề bốn cạnh 55

Hình 2.11 Ảnh hưởng của góc phương vị đến tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp Graphite/Epoxy, liên kết tựa bản lề bốn cạnh 55

Hình 2.12 Ảnh hưởng của góc tới đến tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp

[Rovin]7, liên kết ngàm bốn cạnh 56 Hình 2.13 Ảnh hưởng của góc phương vị trong tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp [Rovin]7 liên kết ngàm bốn cạnh 56 Hình 2.14 Ảnh hưởng của tính dị hướng đến STL của tấm composite lớp trực hướng, liên kết ngàm bốn cạnh đối với các giá trị khác nhau của E11/E 57 Hình 2.15 Ảnh hưởng của tính dị hướng đến STL của tấm composite lớp trực hướng, liên kết ngàm bốn cạnh đối với các giá trị khác nhau của G12/G 58 Hình 2.16 Ảnh hưởng của chiều dày tấm đến tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp trực hướng liên kết ngàm bốn cạnh 59 Hình 2.17 Ảnh hưởng của điều kiện biên đến tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp trực hướng với góc tới φ = 0o và góc phương vị θ = 45o 60 Hình 2.18 Ảnh hưởng của điều kiện biên đến tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp trực hướng với góc tới φ = 30o

và góc phương vị θ = 45o 60 Hình 2.19 Ảnh hưởng của điều kiện biên đến tổn thất truyền âm qua tấm composite lớp trực hướng với góc tới φ = 60o và góc phương vị θ = 45o 60 Hình 3.1 Sơ đồ truyền âm qua tấm kép composite lớp có khoang khí hình chữ nhật, trực hướng, hữu hạn liên kết bản lề hoặc ngàm bốn cạnh: 63 Hình 3.2 So sánh tổn thất truyền âm qua tấm kép nhôm đẳng hướng hữu hạn theo lý thuyết và thực nghiệm của Lu và Xin [47] 74 Hình 3.3 So sánh tổn thất truyền âm qua tấm kép nhôm đẳng hướng hữu hạn theo lý thuyết với lý thuyết và thực nghiệm của Carneal và Fuller [42] 74 Hình 3.4 Ảnh hưởng của loại vật liệu composite đến tổn thất truyền âm qua tấm kép composite lớp trực hướng, lõi khoang khí, liên kết tựa bản lề bốn cạnh 76 Hình 3.5 Ảnh hưởng của chiều dày tấm đến tổn thất truyền âm qua tấm kép composite Graphite/Epoxy, trực hướng, lõi không khí, liên kết ngàm bốn cạnh 77 Hình 3.6 Ảnh hưởng của chiều dày tấm đến tổn thất truyền âm qua tấm kép composite Glass/Epoxy trực hướng, lõi không khí, liên kết tựa bản lề bốn cạnh 77 Hình 3.7 Ảnh hưởng của chiều dày khoang khí đến tổn thất truyền âm qua tấm kép composite Graphite/Epoxy trực hướng, lõi không khí, liên kết ngàm bốn cạnh 78 Hình 3.8 Ảnh hưởng của chiều dày khoang khí đến tổn thất truyền âm qua tấm kép composite Glass/Epoxy trực hướng, lõi không khí, liên kết tựa bản lề bốn cạnh 79

Hình 3.9 Ảnh hưởng của góc tới đến tổn thất truyền âm qua tấm kép composite

Graphite/Epoxy trực hướng lõi không khí liên kết ngàm bốn cạnh 80 Hình 3.10 Ảnh hưởng của góc phương vị đến tổn thất truyền âm qua tấm kép

composite Graphite/Epoxy trực hướng lõi không khí liên kết ngàm bốn cạnh 80 Hình 3.11 Ảnh hưởng của cấu hình vật liệu đến tổn thất truyền âm qua tấm kép

composite Glass/Epoxy trực hướng có khoang khí, liên kết tựa bản lề bốn cạnh 81 Hình 3.12 Ảnh hưởng của kích thước tấm bề mặt đến tổn thất truyền âm qua tấm kép composite lớp Graphite/Epoxy trực hướng có khoang khí liên kết tựa bản lề bốn cạnh 82 Hình 3.13 So sánh STL của tấm kép composite lớp trực hướng hữu hạn chứa khoang khí chịu điều kiện biên ngàm và điều kiện biên tựa bản lề bốn cạnh 83 Hình 3.14 So sánh STL của tấm kép composite lớp trực hướng, hữu hạn và tấm kép nhôm hữu hạn chứa khoang khí với điều kiện biên ngàm bốn cạnh 84 Hình 3.15 So sánh STL của tấm composite lớp trực hướng, hữu hạn và tấm kép

composite hữu hạn, điều kiện biên ngàm bốn cạnh 85 Hình 4.1 Sơ đồ truyền âm qua tấm kép composite lớp có lõi xốp hình chữ nhật trực hướng hữu hạn liên kết bản lề hoặc ngàm bốn cạnh 87 Hình 4.2 Mặt cắt ngang của lớp xốp được gắn trực tiếp vào tấm composite lớp trực hướng 89 Hình 4.3 So sánh tổn thất truyền âm qua tấm sandwich nhôm, đẳng hướng, hữu hạn có lõi là vật liệu xốp theo lý thuyết với kết quả thực nghiệm của Lee và Kondo [59] 100 Hình 4.4 So sánh tổn thất truyền âm qua tấm sandwich nhôm, đẳng hướng, hữu hạn có lõi là vật liệu xốp theo lý thuyết với kết quả lý thuyết của Bolton [57] 101 Hình 4.5 Ảnh hưởng của loại vật liệu đến STL qua tấm composite sandwich trực

hướng, hữu hạ,n lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh 102 Hình 4.6 Ảnh hưởng của loại vật liệu đến STL qua tấm composite sandwich trực

hướng, hữu hạn, lõi xốp chịu liên kết ngàm bốn cạnh 102 Hình 4.7 Ảnh hưởng của chiều dày lớp da đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, hữu hạn lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh 104 Hình 4.8 Ảnh hưởng của chiều dày lớp da đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, hữu hạn lõi xốp chịu liên kết ngàm bốn cạnh 104 Hình 4.9 Ảnh hưởng của chiều dày lõi đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng hữu hạn lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh 105

Hình 4.10 Ảnh hưởng của chiều dày lõi đến STL qua tấm composite sandwich trực

hướng hữu hạn lõi xốp chịu liên kết ngàm bốn cạnh 105

Hình 4.11 Ảnh hưởng của cấu hình đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng hữu hạn lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh 106

Hình 4.12 Ảnh hưởng của cấu hình đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng hữu hạn lõi xốp chịu liên kết ngàm bốn cạnh 106

Hình 4.13 Ảnh hưởng của mô đun Young đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh 107

Hình 4.14 Ảnh hưởng khối lượng riêng lớp lõi đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, hữu hạn lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh 108

Hình 4.15 Ảnh hưởng khối lượng riêng lớp lõi đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, hữu hạn lõi xốp chịu liên kết ngàm bốn cạnh 108

Hình 4.16 Ảnh hưởng của mô đun đàn hồi lớp lõi đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, hữu hạn lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh 109

Hình 4.17 Ảnh hưởng mô đun Young lớp lõi đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, hữu hạn lõi xốp chịu liên kết ngàm bốn cạnh 109

Hình 4.18 Ảnh hưởng hệ số Poisson lớp lõi đến STL qua tấm kép composite trực hướng hữu hạn lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh 110

Hình 4.19 Ảnh hưởng hệ số Poisson lớp lõi đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, hữu hạn, lõi xốp chịu liên kết ngàm bốn cạnh 110

Hình 4.20 Ảnh hưởng góc tới (φ) đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng, hữu hạn, lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh 111

Hình 4.21 Ảnh hưởng góc phương vị (θ) đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng hữu hạn lõi xốp chịu liên kết tựa bản lề bốn cạnh 112

Hình 4.22 Ảnh hưởng góc tới (φ) đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng hữu hạn lõi xốp chịu liên kết ngàm bốn cạnh 113

Hình 4.23 Ảnh hưởng góc phương vị (θ) đến STL qua tấm composite sandwich trực hướng hữu hạn lõi xốp chịu liên kết ngàm bốn cạnh 113

Hình 4.24 So sánh ảnh hưởng của các điều kiên biên (ngàm và tựa bản lề) đến STL qua tấm kép composite trực hướng hữu hạn, lõi xốp 114

Hình 5.1 Sơ đồ phòng đo tổn thất truyền âm 118

Hình 5.2 Chế tạo mẫu composite sandwich 119

Hình 5.3 Vị trí các điểm đo 121

khí cũng được xác định Các hàm đáp ứng tần số của hệ thống ghép nối được tính toán dựa vào một số điểm trên các tấm và trong khoang khí Cơ cấu ghép nối được đặc trưng bởi các hệ số tính toán thành phần và trường cưỡng bức trong khoang được xác định bằng phương pháp bản đồ áp suất âm thanh Kết quả số theo lý thuyết được so sánh với kết quả thực nghiệm trên toàn dải tần số được đối chứng, phân tích và thảo luận Bao và Pan [34] đã đưa ra ba cách tiếp cận khác nhau để kiểm soát truyền âm qua kết cấu tấm nhôm kép đẳng hướng, hữu hạn có khoang khí ngăn cách giữa hai phòng (phòng phát - phòng thu) Việc áp dụng các nguồn điều khiển âm trong khoang khí giữa hai tấm (điều khiển khoang khí), áp dụng các nguồn điều khiển dao động trên tấm bức xạ (điều khiển tấm) và áp dụng các nguồn điều khiển âm trong phòng thu (phòng điều khiển) được nghiên cứu và so sánh với nhau bằng thực nghiệm Kết quả cho thấy

sự kết hợp mô hình của từng hệ thống con (khoang khí, tấm và phòng) và các cơ chế điều khiển liên quan là hai yếu tố quan trọng nhất quyết định hiệu quả của từng cách tiếp cận tương ứng

Kropp và Rebillard [35] tập trung nghiên cứu vào tối ưu hóa khả năng cách âm của kết cấu tấm kép kim loại, đẳng hướng vô hạn trong vùng tần số thấp Nghiên cứu

đã đưa ra ba trường hợp khác nhau trong dải tần số thấp: tần số cộng hưởng của tấm cao hơn (thấp hơn nhiều hoặc gần hơn) với tần số tới hạn của kết cấu Một mô hình phân tích được sử dụng để nghiên cứu khả năng tối ưu hóa cho ba trường hợp này Kết quả quả nghiên cứu lý thuyết đã được so sánh với kết quả thực nghiệm Kang và cộng

sự [36] nghiên cứu truyền âm qua kết cấu tấm kim loại đẳng hướng, vô hạn bị kích thích bởi một một trường âm phẳng Trong nghiên cứu này, một hàm trọng số để biểu diễn sự phân bố theo hướng của năng lượng sóng âm tới trên tấm ngăn cách trong buồng âm vang được đề xuất Các tác giả đã thực hiện mô phỏng số bằng kỹ thuật dò tia để dự đoán tổn thất truyền âm qua kết cấu tấm Kết quả mô phỏng cho thấy, sự phân

bố theo hướng được biểu thị gần đúng bằng hàm phân phối Gauss theo góc tới Các kết quả dự đoán lý thuyết được so sánh với kết quả thực nghiệm và đã đạt được sự tương đồng tốt, cho phép xác nhận cách tiếp cận hàm Gaussian đề xuất

Villot và cộng sự [37] nghiên cứu tính toán âm phản xạ và âm truyền qua kết cấu tấm kép kim loại đẳng hướng, vô hạn được kích thích bởi sóng âm phẳng trong không gian Cách tiếp cận này đã đưa ra các kết quả dự đoán lý thuyết gần với các phép đo thực nghiệm hơn nhiều so với cách tiếp cận sóng cổ điển được áp dụng cho một kết cấu tấm vô hạn Ngoài ra, ảnh hưởng của kích thước kết cấu lên cả quá trình truyền âm

(kích thích âm) và bức xạ âm (kích thích cơ học) cũng được thảo luận Antonio và cộng

sự [38] đã đánh giá khả năng cách âm của tấm kép bằng gốm (ceramic) đẳng hướng, vô hạn không xét đến điều kiện biên chịu áp suất âm điều hòa trong không gian Nghiên cứu đã chỉ ra, toàn bộ tương tác giữa chất lỏng (không khí) và các lớp rắn đã được tính đến và việc tính toán không liên quan đến việc giới hạn độ dày của bất kỳ lớp nào, như

lý thuyết Kirchhoff hoặc Mindlin yêu cầu Tổn thất truyền âm thu được bằng các phép biến đổi Fourier ngược sử dụng cho các tần số phức tạp Mô hình được sử dụng để tính toán tổn thất truyền âm qua bức tường kép đồng nhất với các tấm giống hệt nhau bị kích thích bởi sóng âm phẳng Kết quả số theo lý thuyết được so sánh và thảo luận so với kết quả của London [27] và kết quả của Beranek [39] (phương pháp London - Beranek) Craik [40] nghiên cứu sự truyền âm qua các tấm kép kim loại đẳng hướng, hữu hạn nhờ phương pháp phân tích thống kê năng lượng (SEA) Lý thuyết được trình bày nhờ sử dụng mô hình tấm vô hạn để xác định chuyển động cưỡng bức của tấm cùng với hiệu suất bức xạ tấm hữu hạn Nghiên cứu đã đưa ra một mô hình để tính toán

hệ số tổn thất truyền âm và kết quả thu được tốt hơn so với dữ liệu đo đạc Điều này cho phép các dự đoán tốt hơn về khả năng truyền âm qua các tấm kép nhẹ

Carneal và Fuller [41, 42] nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm ứng xử dao động

âm qua kết cấu tấm nhôm kép đẳng hướng, chữ nhật, hữu hạn chịu liên kết tựa bản lề trên bốn cạnh Trong khi đó, mô hình thực nghiệm tiến hành theo phương pháp điều khiển âm thanh kết cấu chủ động (ASAC - Active Structural Acoustic Control) được thực hiện trên tấm nhôm kép liên kết ngàm Do đó, để kiểm chứng với thực nghiệm, độ cứng của tấm kép chịu điều kiện biên bản lề đã được nhân thêm 2 để tiếp cận với điều kiện biên ngàm Kết quả cho thấy, khi tăng kích thước của khoang khí thì tổn thất truyền âm qua tấm kép tăng lên Brunskog [43] xác định khả năng cách âm của tấm kép nhẹ kim loại đẳng hướng, hữu hạn bị kích thích bởi sóng âm phẳng điều hòa trong không khí sử dụng hàm truyền Aspatial để tận dụng tính tuần hoàn và trường âm bên trong các khoang được mở rộng nhờ chuỗi cosin Hệ số truyền (phụ thuộc góc và miền khuếch tán) và quá trình truyền âm được nghiên cứu khá chi tiết Kết quả đạt được sự phù hợp giữa lý thuyết và các phép đo

Chazot và Guyader [44] nghiên cứu tổn thất truyền âm qua các tấm kép bằng nhôm đẳng hướng, hữu hạn, có khoang khí chịu liên kiết tựa bản lề nhờ sử dụng phương pháp áp điện (a patch-mobility method) Tấm được kích thích bởi các áp suất

áp điện có tính đến hình học của phòng và vị trí nguồn Do đó, mô hình xác định được

vận tốc của tấm trước khi ghép nối và được sử dụng làm nhân tố kích thích trong mô hình di động Sau đó, một tiêu chí hội tụ của mô hình được đưa ra để tính tổn thất truyền âm qua tấm kép Phương pháp này và phương pháp FEM cho kết quả giống nhau khi so sánh tổn thất truyền âm của các tấm nhôm kép Ngoài ra, để cải thiện các đặc tính cách âm của tấm kép, các nghiên khác nhau đã được đề xuất, cả về mặt thực nghiệm và lý thuyết

Pellicier và Trompette [45] đưa ra các phương pháp khác nhau để tính toán truyền

âm qua tấm kép kim loại đẳng hướng, hữu hạn, chứa khoang không khí hoặc vật liệu hấp thụ giữa hai tấm bị kích thích bỏi sóng âm trong môi trường chất lỏng dựa trên phương pháp tiếp cận sóng và ma trận truyền Độ tin cậy của phương pháp đã được khẳng định qua so sánh kết quả lý thuyết với kết quả thực nghiệm Ngoài ra, nghiên cứu đã chứng minh rằng phương pháp tiếp cận sóng rất thích hợp để mô hình hóa các tấm đơn hoặc tấm kép vô hạn Khi vật liệu xốp được kết hợp bên trong vách ngăn tấm kép, mô hình cần được nâng cao và dựa trên lý thuyết Biot [48], để đảm bảo độ tin cậy

so với các dữ liệu thực nghiệm

Pietrzko và Mao [46] đã trình bày tổng quan về điều khiển chủ động và thụ động

sự truyền âm qua kết cấu tấm kép nhôm đẳng hướng, vô hạn có khoang khí sử dụng vật liệu áp điện thông minh và các thiết bị truyền động điều khiển khác nhau để cải thiện tổn thất truyền âm qua kết cấu tấm kép Các kết quả số cho thấy việc sử dụng cảm biến/thiết bị truyền động áp điện (PZT) cải thiện đáng kể tổn thất truyền âm Hơn nữa, các hoạt động nghiên cứu hiện tại về kiểm soát truyền âm qua kết cấu tấm kép cũng bao gồm việc bố trí các bộ cộng hưởng Helmholtz (HRs) được đặt trong khoang khí để điều khiển thụ động sự truyền âm thanh qua kết cấu tường kép Mục tiêu nghiên cứu của các tác giả là tìm ra các tham số tối ưu của HRs (tỷ số giảm chấn, tần số tự nhiên, v.v.) để cải thiện tối đa tổn thất truyền âm trên một dải tần số xác định

Lu và Xin [47] đã nghiên cứu ứng xử dao động âm của các kết cấu có dạng: tấm kim loại hoặc tấm kim loại có gân gia cường, tấm kép kim loại có khoang khí và tấm sandwich gồm: lớp da bằng vật liệu kim loại có lõi bằng vật liệu xốp, lõi dạng sóng hoặc dạng gân gia cường được kích thích bởi sóng âm điều hòa trong môi trường không khí hoặc chất lỏng cả về mặt lý thuyết lẫn thực nghiệm Để khảo sát khả năng cách âm, tác giả đã tính toán tổn thất truyền âm qua các kết cấu trên có kích thước hữu hạn hoặc vô hạn bằng cách sử dụng phương pháp trọng lượng dư (Galerkin), lý thuyết Biot [48] cho vật liệu xốp kết hợp các hàm dạng có tính đến các điều kiện biên ngàm

và tựa bản lề bốn cạnh Các nghiên cứu này liên quan đến các chủ đề đa ngành, đặc biệt bao gồm kiến thức tổng hợp về dao động âm qua các kết cấu dạng tấm, vật liệu xốp và kết cấu âm, trong đó chú ý nhiều đến việc hiển thị kết quả và kết luận, ngoài việc mô hình hóa lý thuyết đơn thuần

1.3.3 Tình hình nghiên cứu về truyền âm qua tấm composite sandwich, lõi xốp

Kết cấu composite sandwich bao gồm hai tấm bề mặt và lõi bằng các vật liệu khác nhau (mục 1.1) có các thuộc tính chịu lực, tản nhiệt, cách âm và giảm ồn Do đó, các kết cấu sandwich ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong giao thông vận tải tốc độ cao, máy bay hàng không, tàu thủy, và các phương tiện vận tải khác mà vấn đề cách

âm, giảm ồn là mối quan tâm chính do tiếng ồn được phát ra từ động cơ và các yếu tố ảnh hưởng từ bên ngoài truyền âm vào bên trong cabin gây ảnh hưởng đến sự an toàn

và thoải mái cho người sử dụng các phương tiện dân dụng hoặc quân sự Tuy nhiên, cho đến nay chỉ có một số nghiên cứu tập trung vào vấn đề này

Biot [48] đã phát triển một lý thuyết truyền sóng ứng suất trong vật liệu xốp bao gồm hai pha (pha rắn và pha lỏng) Nghiên cứu đã chỉ ra rằng vật liệu xốp có thể mô tả bằng bốn tham số không thứ nguyên tương ứng với hai loại sóng truyền trong vật liệu xốp gồm sóng dọc (sóng airborne và sóng khung), sóng cắt và một tham số đặc trưng khác Các đường cong phân tán vận tốc pha và hệ số suy giảm cho ba loại sóng được

vẽ dưới dạng hàm của tần số cho các tổ hợp khác nhau của các tham số đặc trưng Sau đó, Allard và các cộng sự [49 - 51] nghiên cứu nhằm dự đoán các đặc tính âm qua kết cấu tấm sandwich kim loại có lõi là vật liệu xốp nhiều lớp (polycarbodiimide, polyurethane), vô hạn từ các phép đo đơn giản Ma trận truyền thu được từ lý thuyết Biot [48] được sử dụng để mô tả các lớp đồng nhất và vật liệu phân lớp Một phương pháp chung để mô hình hóa sự lan truyền âm thanh trong các kết cấu phân lớp cũng đã được đề xuất

Trong [52, 53], Lang và Dym đã nghiên cứu sự truyền âm qua hai kết cấu composite sandwich có kích thước vô hạn: Tấm composite sandwich đối xứng có lớp

da kim loại với lõi xốp đẳng hướng và tấm composite sandwich không đối xứng có lớp

da kim loại với lõi xốp trực hướng Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng có hai biện pháp

cơ bản để cải thiện (tăng) khả năng cách âm của kết cấu tấm composite sandwich Cụ thể: thứ nhất, tăng độ cứng của lớp da; độ cứng càng tăng thì tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich cũng tăng Thứ hai, tăng độ cứng lớp lõi để tăng tần suất

trùng hợp ngẫu nhiên ở tần số thấp Tác giả cũng đã đề xuất phương pháp thiết kế kết cấu tấm composite sandwich, chỉ chú ý đến khối lượng riêng, độ dày của lớp lõi và lớp

da như các thông số thiết kế

Lauriks và cộng sự [54, 55] đã nghiên cứu truyền âm qua kết cấu tấm sandwich kim loại có lõi là vật liệu xốp có kích thước vô hạn Nghiên cứu đã sử dụng ma trận truyền và lý thuyết Biot [48] cho vật liệu xốp để tính toán tổn thất truyền âm qua hệ thống tấm - vật liệu xốp - tấm Lý thuyết trên mô tả tốt đặc tính âm của vật liệu xốp nhiều lớp có tấm chắn không thấm nước Tuy nhiên, phương pháp này gặp khó khăn trong việc ước tính điều kiện ghép nối khối lượng, điều kiện khớp nối nhớt và khả năng nén phụ thuộc vào tần số của không khí trong vật liệu xốp Kết quả số được so sánh, đánh giá và thảo luận với kết quả thực nghiệm

Bolton và cộng sự [56, 57] đã đưa ra lý thuyết và các phép đo liên quan đến sự truyền âm qua các tấm sandwich kim loại (Nhôm) có lõi bằng vật liệu xốp ( polyurethane - PU) hữu hạn Nghiên cứu đã sử dụng lý thuyết vật liệu xốp do Biot [48]

đề xuất, bao gồm các dạng sóng lan truyền trong vật liệu xốp để tính toán tổn thất truyền âm qua tấm sandwich với các góc tới tùy ý dựa trên các phương trình truyền sóng trong vật liệu xốp đàn hồi và đưa ra các dạng tổng quát cho ứng suất và chuyển vị bên trong vật liệu xốp Các giải pháp trên được thể hiện dưới dạng một số hằng số có thể được xác định bằng cách áp dụng các điều kiện biên tương thích chuyển vị Các phép đo về sự mất mát do truyền âm ngẫu nhiên qua các kết cấu tấm sandwich bằng nhôm với lõi bằng bọt polyurethane cũng được trình bày và được chứng minh là phù hợp tốt với các dự đoán lý thuyết

Panneton và Atalla [58] đã tính hiệu suất truyền âm thanh qua kết cấu tấm đa lớp kim loại, kích thước hũu hạn có lõi vật liệu xốp Trong nghiên cứu này, các tác giả đã dựa trên mô hình phần tử hữu hạn ba chiều kết hợp với lý thuyết Biot và phương pháp phần tử biên để tính toán tổn thất truyền qua kết cấu đa lớp Các dự đoán số về tổn thất truyền âm qua vật liệu xốp được kẹp giữa hai tấm đàn hồi hữu hạn được trình bày và thảo luận qua so sánh với kết quả của các tấm sandwich vô hạn

Lee và Kondo [59] đã nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về tổn thất truyền âm qua kết cấu tấm sandwich có lớp da bằng nhôm, lõi là vật liệu polymer đàn hồi, hữu hạn chịu liên kết bản lề được kích thích trong một trường âm để xem xét ảnh hưởng của lớp giảm chấn do lõi đàn hồi của tấm gây ra trong quá trình truyền âm Để tính tổn thất truyền âm, nghiên cứu trên đã sử dụng tích phân Rayleigh kết hợp với điều kiện