Nghiên cứu tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich và ứng dụng vào giảm ồn tàu thủy

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN TỔN THẤT TRUYỀN ÂM QUA TẤM COMPOSITE SANDWICH DÙNG TRONG CHẾ TẠO KẾT CẤU TÀU THỦY ..... Từ những lý do trên, luận án tập trung vào “Nghiên cứu tổn thất truyền âm qua

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan mọi kết quả nghiên cứu của luận án: “Nghiên cứu tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich và ứng dụng vào giảm ồn tàu thủy” là công

trình nghiên cứu của cá nhân tôi Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình khoa học nào khác cho tới thời điểm này

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, tôi đã nhận được sự giúp đỡ của Ban Giám hiệu, quý Phòng, Khoa, Viện, Trung tâm của Trường Đại học Nha Trang, đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi được hoàn thành đề tài Đặc biệt là sự hướng dẫn khoa học tận

tình của GS.TS Trần Ích Thịnh và TS Nguyễn Văn Đạt đã giúp tôi hoàn thành tốt

đề tài Qua đây, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến sự giúp đỡ này

Xin chân thành cảm ơn cán bộ kỹ thuật Trung tâm thí nghiệm thực hành, Trường

Đại học Nha Trang và Trung tâm đo lường, Viện đo lường Việt Nam đã tạo điều kiện

trong quá trình thực nghiệm đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Khoa Kỹ Thuật Giao Thông, Trường Đại học Nha Trang đã cung cấp thông tin và những đóng góp quý báu cho luận án

Xin chân thành cảm ơn:

- TS Mai Đức Nghĩa, Trường sỹ quan Không quân Nha Trang

- Th.S Phạm Ngọc Thành, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì, Phú Thọ Tôi xin chân thành cảm ơn cán bộ kỹ thuật, Viện nghiên cứu chế tạo Tàu thủy, Trường Đại học Nha Trang, đã hỗ trợ về nhân lực và các trang thiết bị để quá trình thực nghiệm được hoàn thành

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện luận án

Xin chân thành cảm ơn!

Khánh Hòa, ngày 23 tháng 07 năm 2019

Tác giả luận án

Đinh Đức Tiến

Trang 5

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM ƠN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC KÝ HIỆU ix

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xi

DANH MỤC BẢNG xii

DANH MỤC HÌNH xiv

TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN xviii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 7

1.1 Giới thiệu về vật liệu composite sandwich 7

1.1.1 Khái niệm, cấu tạo 7

1.1.2 Phân loại 8

1.1.3 Phạm vi ứng dụng 10

1.2 Vật liệu composite sandwich dùng trong tàu thủy 10

1.2.1 Vật liệu lớp da 11

1.2.2 Vật liệu lõi 14

1.2.3 Đặc điểm công nghệ thi công 16

1.3 Lý thuyết truyền âm 17

1.3.1 Sóng âm 17

1.3.2 Tần số, bước sóng, biên độ 18

1.3.3 Mức áp suất âm, cường độ âm 19

1.4 Một số kết quả nghiên cứu liên quan đến luận án 23

1.4.1 Tình hình nghiên cứu về tổn thất truyền âm đối với vật liệu composite sandwich 23

1.4.2 Nhận xét chung chương 1 35

1.5 Kết luận chương 1 35

Trang 6

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TỔN THẤT TRUYỀN

ÂM QUA TẤM COMPOSITE SANDWICH 36

2.1 Khai triển công thức thực nghiệm theo phương pháp phân tích thống kê năng lượng 36

2.1.1 Giới thiệu 36

2.1.2 Giả thiết và khái niệm 37

2.1.3 Công thức thực nghiệm xác định tổn thất truyền âm 40

2.2 Mục đích thực nghiệm 42

2.2.1 Mô tả phòng thí nghiệm 42

2.2.2 Phương pháp chế tạo mẫu thử 46

2.2.3 Phương pháp đo 47

2.2.4 Quy trình và số lượng điểm đo 47

2.2.5 Các thông số cần đo 48

2.2.6 Tiêu chuẩn áp dụng 48

2.2.7 Kiểm tra độ tin cậy 48

2.3 Kết quả thực nghiệm đo STL qua các mẫu composite sandwich 50

2.3.1 Mẫu composite sandwich M2 50

Trang 7

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN TỔN THẤT TRUYỀN ÂM QUA TẤM

COMPOSITE SANDWICH DÙNG TRONG CHẾ TẠO KẾT CẤU TÀU THỦY 67

3.1 Lý thuyết tấm composite sandwich 67

3.1.1 Trường chuyển vị, biến dạng và ứng suất 68

3.1.2 Phương trình quan hệ nội lực biến dạng của tấm composite sandwich 68

3.2 Xây dựng mô hình xác định tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich 70

3.2.1 Mô tả lý thuyết 70

3.2.2 Tổn thất truyền âm của tấm composite sandwich 76

3.2.3 Xác định độ cứng uốn biểu kiến của tấm composite sandwich 77

3.2.4 Xác định tần số dao động riêng của dầm composite sandwich 80

3.2.5 Xác định độ cứng uốn biểu kiến của dầm trong dải tần số 1/3 Octave 89

3.3 Xác định tổn thất truyền âm của các tấm A – K 97

3.4 So sánh kết quả tính toán lý thuyết và thực nghiệm 102

3.4.1 So sánh kết quả tính toán lý thuyết và thực nghiệm của tấm A 102

3.4.2 So sánh kết quả tính toán giữa lý thuyết và thực nghiệm của tấm K 102

3.5 So sánh giá trị STL theo các nhóm kết cấu 103

3.5.1 Tấm có khối lượng riêng lớp lõi khác nhau, cùng chiều dày lớp da, cùng chiều dày lớp lõi: Tấm A và Tấm C; Tấm I và Tấm K 103

3.5.2.Tấm có chiều dày lớp da khác nhau, cùng chiều dày lớp lõi, cùng khối lượng riêng lớp lõi: tấm E và tấm F; tấm G và tấm H 105

3.5.3.Tấm có chiều dày lớp lõi khác nhau, cùng chiều dày lớp da, cùng khối lượng riêng lớp lõi: Tấm E và tấm G; tấm F và tấm H 108

3.6 Nhận xét chung chương 3 110

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIẢM ỒN BUỒNG MÁY TÀU KHÁCH VỎ COMPOSITE 112

4.1 Đặt vấn đề 112

4.2 Các phương pháp giảm ồn đối với động cơ diesel (máy chính) lắp đặt trên tàu khách vỏ composite 113

Trang 8

4.2.1 Tiếng ồn từ động cơ 113

4.2.2 Các phương pháp giảm ồn động cơ diesel tàu thủy 117

4.3 Một số nhận xét 119

4.4 Ứng dụng giảm ồn buồng máy tàu khách vỏ composite 120

4.4.1 Giới thiệu chung về tàu nghiên cứu 121

4.4.2 Các thông số chính 121

4.4.3 Thông số động cơ 121

4.4.4 Bố trí chung toàn tàu 122

4.4.5 Nắp buồng máy 122

4.5 Kết quả đo độ ồn khi tàu GW01 hoạt động 123

4.5.1 Phương pháp, thiết bị, vị trí đo và quy trình đo 123

4.5.2 Kết quả đo 124

4.6 Phương án xử lý độ ồn 128

4.6.1 Kết quả đo độ ồn khi tàu VQGNC hoạt động 129

4.6.2 So sánh kết quả đo độ ồn của hai tàu 132

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 137

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 139

TÀI LIỆU THAM KHẢO 140 PHỤ LỤC

Trang 9

DANH MỤC KÝ HIỆU CHỮ LA TINH

D x : Độ cứng uốn theo phương x (Nm);

D y : Độ cứng uốn theo phương y (Nm);

E : Mô đun Young (GPa);

ƒ : Tần số (Hz);

Gc : Mô đun cắt (GPa);

h : Chiều dày mẫu (m);

I : Cường độ âm (W/m2);

k : Số sóng;

L1 : Mức áp suất âm trung bình đo được trong phòng phát (dB);

L2 : Mức áp suất âm trung bình đo được trong phòng thu (dB);

LP : Áp suất âm (dB);

m : Khối lượng (kg);

m* : Khối lượng bề mặt của tấm (kg/m2);

M2 : Mẫu composite sandwich M2;

P0 : Áp suất âm đối chiếu (dB);

Trang 10

PA : Áp suất âm tức thời (dB);

S2 : Tổng diện tích bề mặt phía trong phòng thu (m2);

STL : Tổn thất truyền âm - Sound Transmission Loss (dB);

T : Chu kỳ sóng (s);

T2 : Thời gian vang của phòng thu (s);

t1 : Chiều dày lớp da trên (m);

t2 : Chiều dày lớp da dưới (m);

tc : Chiều dày lớp lõi (m);

u : Vận tốc dao động các phần tử (m/s);

V2 : Thể tích của phòng thu (m3);

W : Năng lượng lưu trữ nhiệt (J);

w : Chuyển vị uốn của tấm (m);

WR800 : Sợi thủy tinh dệt vuông góc 00/900, có khối lượng riêng là 0,8kg/m2;

Trang 11

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BEA : Boundary element analysis (Phân tích phần tử biên);

BPO : Benzoyl Peroxide

CSM : E-glass chopped strand mat (Sợi thủy tinh dạng matting)

GRP : Glass reinforced plastic (Vật liệu composite)

GW01 : Tàu Green World 01;

KLBM : Khối lượng bề mặt (kg/m2)

Lt : Lý thuyết ;

MEKP : Methyl Ethyl Ketone Peroxide (Chất đông rắn);

MEKP : Metyl etyl kepton peroxite (Chất đông rắn)

NCS : Nghiên cứu sinh;

PTHH : Phần tử hữu hạn;

PU : Poly urethane (Vật liệu lõi foam)

PVC : Poly vinyl clorua (Nhựa nhiệt dẻo);

SEA : Statistical energy analysis – SEA (Phân tích thống kê năng lượng);

SP : Sound pressure (Áp suất âm);

SPL : Sound pressure level (Mức áp suất âm);

STL : Sound tranmission loss (Tổn thất truyền âm);

Tn : Thí nghiệm;

TSDĐR : Tần số dao động riêng;

v/ph : vòng/phút;

VQGNC : Tàu Vườn Quốc Gia Núi Chúa;

WIA : Wave impedance analysis (Phân tích trở kháng sóng);

Trang 12

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Cơ tính riêng của một số vật liệu thường gặp 8

Bảng 1.2 Cơ tính riêng của một số vật liệu lõi thường gặp 9

Bảng 1.3 Sự cải tiến về mặt độ cứng và sức bền khi thay đổi kết cấu 11

Bảng 1.4 Tám Octave cho phép 23

Bảng 2.1 Tổng hợp các các thông số của mẫu thử 47

Bảng 2.2 Giá trị đo tổn thất truyền âm qua tấm thép 49

Bảng 2.3 Giá trị đo STL của mẫu composite sandwich M2 51

Bảng 3.1 Hằng số vật liệu của 10 tấm composite sandwich thí nghiệm 78

Bảng 3.2 Thông số hình học của các dầm 80

Bảng 3.3 Mười tần số tự do đầu tiên của dầm A, B 83

Bảng 3.4 Mười tần số tự do đầu tiên của dầm C, D 83

Bảng 3.5 Mười tần số tự do đầu tiên của dầm E, F 83

Bảng 3.6 Mười tần số tự do đầu tiên của dầm G, H 83

Bảng 3.7 Mười tần số tự do đầu tiên của dầm I, K 84

Bảng 3.8 Xác định hệ số αn 88

Bảng 3.9 Độ cứng uốn biểu kiến của dầm A, B 88

Bảng 3.10 Độ cứng uốn biểu kiến của dầm C, D 88

Bảng 3.11 Độ cứng uốn biểu kiến của dầm E, F 89

Bảng 3.12 Độ cứng uốn biểu kiến của dầm G, H 89

Trang 13

Bảng 3.13 Độ cứng uốn biểu kiến của dầm I, K 89

Bảng 3.14 Các hệ số của phương trình hồi quy cho các dầm 91

Bảng 3.15 Phương trình hồi quy cho các dầm 92

Bảng 3.16 Thông số hình học và cơ tính của dầm Nhôm-PU 93

Bảng 3.17 Độ cứng uốn biểu kiến của dầm A và B trong dải 1/3 Octave 95

Bảng 3.18 Độ cứng uốn biểu kiến của dầm C và D trong dải 1/3 Octave 95

Bảng 3.19 Độ cứng uốn biểu kiến của dầm E và F trong dải 1/3 Octave 96

Bảng 3.20 Độ cứng uốn biểu kiến của dầm G và H trong dải 1/3 Octave 96

Bảng 3.21 Độ cứng uốn biểu kiến của dầm I và K trong dải 1/3 Octave 97

Bảng 3.22 Giá trị tính toán STL qua các tấm từ A đến K 98

Bảng 3.23 So sánh giá trị STL lý thuyết với thực nghiệm cho tấm A và C 103

Bảng 3.24 So sánh giá trị STL lý thuyết với thực nghiệm cho tấm I và K 104

Bảng 3.25 So sánh giá trị STL lý thuyết với thực nghiệm cho tấm E và F 106

Bảng 3.26 So sánh giá trị STL lý thuyết với thực nghiệm cho tấm G và H 107

Bảng 3.27 So sánh giá trị STL lý thuyết với thực nghiệm cho tấm E và G 108

Bảng 3.28 So sánh giá trị STL lý thuyết với thực nghiệm cho tấm F và H 109

Bảng 4.1 Độ ồn của tàu GW 01 khi n = 1000 và 1500 (v/ph) 127

Bảng 4.2 Độ ồn của tàu GW01 khi n = 1800 và 2000 (v/ph) 128

Bảng 4.3 Độ ồn của tàu GW 01 khi n = 2350v/ph 128

Bảng 4.4 Độ ồn của tàu VQGNC khi n = 1000 và 1500 (v/ph) 132

Bảng 4.5 Độ ồn của tàu VQGNC khi n = 1800 và 2000 (v/ph) 132

Bảng 4.6 Độ ồn của tàu VQGNC khi n = 2350v/ph 132

Bảng 4.7 So sánh độ ồn phía bên ngoài buồng máy của hai tàu tương ứng với tần số âm thanh động cơ và các chế độ vòng quay khai thác 133

Trang 14

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Tàu đánh cá chế tạo bằng vật liệu composite 1

Hình 2 Cano du lịch vỏ composite 1

Hình 3 Tàu đáy kính vỏ composite 2

Hình 4 Tàu chở khách vỏ composite 2

Hình 5 Tàu kiểm ngư vỏ composite 2

Hình 1.1 Cấu tạo vật liệu composite sandwich 8

Hình 1.2 Các dạng lõi của vật liệu composite sandwich 9

Hình 1.3 Vật liệu composite sandwich lõi foam - PU 10

Hình 1.4 Vật liệu composite sandwich 11

Hình 1.5 Nhựa polyester không no 12

Hình 1.6 Chất đông rắn MEKP 13

Hình 1.7 Vải thủy tinh dạng Woven Rowing 14

Hình 1.8 Sợi thủy tinh dạng Matting 14

Hình 1.9 Vật liệu lõi – Divinycell H80 15

Hình 1.10 Vật liệu lõi – Sphere core 16

Hình 1.11 Vật liệu lõi – Polyurethane 16

Hình 1.12 Sóng hình sin 17

Hình 1.13 Bước sóng 18

Hình 1.14 Biểu đồ thể hiện biên độ và bước sóng 18

Hình 1.15 Biểu đồ áp suất âm 19

Hình 1.16 Cường độ âm 21

Hình 1.17 Các dải tần số 1 octave và 1/3 octave 22

Hình 2.1 Sơ đồ dòng năng lượng giữa kết cấu và trường vang 38

Hình 2.2 Sơ đồ khối cho các dòng năng lượng giữa kết cấu với hai phòng vang 38

Hình 2.3 Mô hình bộ truyền âm qua kết cấu tấm 39

Hình 2.4 Đo truyền âm bằng phương pháp hai phòng 40

Hình 2.5 Sơ đồ phòng đo tổn thất truyền âm 44

Trang 15

Hình 2.6 Thiết bị thí nghiệm, mặt ngoài phòng thí nghiệm 45

Hình 2.7 Gắn tấm mẫu thử 45

Hình 2.8 Đo STL qua các mẫu thử composite sandwich 46

Hình 2.9a Chế tạo lớp da dưới 46

Hình 2.9b Chế tạo lớp da trên 46

Hình 2.9c Liên kết với lớp lõi 46

Hình 2.10 Các tấm mẫu composite 46

Hình 2.11 Vị trí các điểm đo 47

Hình 2.12 Đo STL qua mẫu thép 48

Hình 2.13 Đồ thị đo STL qua mẫu thép tiêu chuẩn 49

Hình 2.14 Đo STL qua mẫu composite sandwich M2 50

Hình 2.15 Đồ thị STL thực nghiệm qua mẫu composite sandwich M2 51

Trang 16

Hình 3.1 Mô hình tấm composite sandwich 68

Hình 3.2 Sơ đồ truyền âm qua một tấm composite sandwich hình chữ nhật ngàm bốn cạnh 71

Hình 3.3 Số lớp tấm A, C, E, G 78

Hình 3.4 Số lớp tấm B, D, F, H, I, K 78

Hình 3.5 Tấm composite sandwich và Dầm Ax(A0), Ay(A90) 79

Hình 3.6 Phần tử Shell 181, 8 nút cho lớp da 81

Hình 3.7 Phần tử Solid 186, 20 nút cho lớp lõi 81

Hình 3.8 Sơ đồ thuật toán tính 10 tần số dao động tự do đầu tiên của dầm 81

Hình 3.9 Mô hình dầm composite sandwich 82

Hình 3.10 Mô hình lưới phần tử dầm sandwich 82

Hình 3.11 Mô hình mặt cắt của 15 phần tử 82

Hình 3.12 Mười mode dao động tự do của dầm A x(A0) 87

Hình 3.13 Đường cong hồi quy theo thực nghiệm và nội suy của dầm Nhôm 93

Hình 3.14 Đường cong hồi quy của dầm A0 và A90 94

Hình 3.15 Đường cong hồi quy của dầm B0 và B90 94

Hình 3.16 Tổn thất truyền âm qua tấm A 98

Hình 3.17 Tổn thất truyền âm qua tấm B 99

Hình 3.18 Tổn thất truyền âm qua tấm C 99

Hình 3.19 Tổn thất truyền âm qua tấm D 99

Hình 3.20 Tổn thất truyền âm qua tấm E 100

Hình 3.21 Tổn thất truyền âm qua tấm F 100

Hình 3.22 Tổn thất truyền âm qua tấm G 100

Hình 3.23 Tổn thất truyền âm qua tấm H 101

Hình 3.24 Tổn thất truyền âm qua tấm I 101

Hình 3.25 Tổn thất truyền âm qua tấm K 101

Hình 3.26 Đồ thị so sánh giữa lý thuyết và thực nghiệm của tấm A 102

Hình 3.27 Đồ thị so sánh giữa lý thuyết và thực nghiệm của tấm K 102

Hình 3.28 Đồ thị so sánh STL qua tấm A và C 104

Trang 17

Hình 3.29 Đồ thị so sánh STL qua tấm I và K 105

Hình 3.30 Đồ thị so sánh STL qua tấm E và F 106

Hình 3.31 Đồ thị so sánh STL qua tấm G và H 107

Hình 3.32 Đồ thị so sánh STL qua tấm E và G 108

Hình 3.33 Đồ thị so sánh STL qua tấm F và H 109

Hình 4.1 Một số khu vực phát sinh nguồn ồn của động cơ 114

Hình 4.2 Các khu vực tập trung tiếng ồn của động cơ diesel tàu thủy 115

Hình 4.3a Mức ồn của động cơ diesel 115

Hình 4.3b Khu vực phát ồn của động cơ diesel 116

Hình 4.4 Giới hạn mức ồn của động cơ 116

Hình 4.5 Một số thiết bị tiêu âm điển hình 118

Hình 4.6 Bình tiêu âm kết hợp 119

Hình 4.7 Tường cách âm 119

Hình 4.8 Tàu GW01 122

Hình 4.9 Tàu VQGNC 121

Hình 4.10 Bố trí chung 02 tàu khách 122

Hình 4.11 Bố trí chung nắp buồng máy 02 tàu 122

Hình 4.12 Thiết bị đo độ ồn 123

Hình 4.13 Vị trí đo 123

Hình 4.14 Đo trong buồng máy 124

Hình 4.15 Đo ngoài buồng máy 124

Hình 4.16 Hình ảnh đo xung độ ồn của tàu GW 01 khi n = 1500v/ph 127

Hình 4.17 Hình ảnh đo xung độ ồn của tàu VQGNC khi n = 1500v/ph 131

Hình 4.18 So sánh độ ồn của 2 tàu khi n = 1000(v/ph) 133

Trang 18

TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN Tên luận án: “Nghiên cứu tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich

và ứng dụng vào giảm ồn tàu thủy”

Ngành/chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực

2 Chế tạo mẫu và xây dựng thực nghiệm tổn thất truyền âm của tấm composite

sandwich thông qua số liệu đo mức áp suất âm

3 Thiết lập mô hình tính toán dao động âm cho tấm sandwich có lớp da bằng vật liệu composite sandwich cốt sợi thủy tinh đồng phương nền polymer, lớp lõi bằng foam - PU ngàm bốn cạnh Một sáng kiến đáng chú ý là việc xác định độ cứng uốn biểu kiến của tấm composite sandwich được xác định qua độ cứng uốn của dầm nhờ phương pháp phần tử hữu hạn mà không cần tiến hành các thí nghiệm tốn kém Trên cơ

sở đó xác định công thức tính tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich

4 Các số liệu thực nghiệm và kết quả tính toán lý thuyết được trình bày trong luận án đảm bảo độ tin cậy, có giá trị thực tiễn

5 Các kết quả nghiên cứu đã được ứng dụng vào chế tạo kết cấu giảm ồn cho buồng máy tàu thủy điển hình tại Viện nghiên cứu chế tạo Tàu thủy – Trường Đại học Nha Trang

Người hướng dẫn Nghiên cứu sinh

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

GS.TS Trần Ích Thịnh; TS Nguyễn Văn Đạt Đinh Đức Tiến

Trang 19

Thesis title: “Study on sound transmission loss through composite sandwich plates and application to noise reduction in ships”

Major : Mechanical Dynamics Engineering

Major code : 9520116

PhD Student : Dinh Duc Tien

Course : 2013

Supervisor : 1 Prof PhD Tran Ich Thinh;

2 PhD Nguyen Van Dat Education Institution: Nha Trang University

Key Findings:

1 Provided both theoretical and experimental approaches in a reliable and scientific manner to determine sound transmission losses across composite sandwich plates in order to reduce noise in ships

2 Fabricated samples and carried out the experiment to measure sound transmission losses across composite sandwich plates using the sound pressure levels

3 Established the computational model and governing vibro-acoustic equation for composite sandwich plates with fiberglass/polyester orthotropic face sheets and polyurethane - PU foam isotopic core On that basis, developed an explicit formula, procedure and computer program in Matlab R14 to calculate sound transmission losses across clamped composite sandwich plates A noticeable achievement is the determination of the apparent bending stiffness of the composite sandwich plates by applying the finite element method on the sandwich beams cut out from the plates instead of costly experiments

4 Experimental data and numerical results presented in the thesis ensure reliability and practical implications

5 The research results have been applied to manufacture the noise reduction structure of a typical ship’s engine room at Institute of Ship Research and Development, Nha Trang University

PhD Student

Dinh Duc Tien

Trang 20

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Vật liệu composite được biết đến lần đầu tiên vào khoảng thập niên 30, bắt đầu

sử dụng trong đóng tàu vào những năm đầu thập kỷ 40 của thế kỷ 20, và phát triển nhanh chóng trong khoảng 20 năm trở lại đây

Ngày nay, vật liệu composite được sử dụng phổ biến trong công nghiệp ô tô, hàng hải và máy bay vì có nhiều ưu điểm Trong lĩnh vực tàu thuyền, vật liệu composite (cốt sợi thủy tinh, nhựa nền hữu cơ) được sử dụng ngày càng nhiều, đặc biệt trong chế tạo ca nô du lịch, các loại tàu cao tốc, tàu cá, các loại tàu quét mìn dùng cho quân đội, dùng bọc tàu vỏ gỗ, kiến trúc thượng tầng, cột buồm, ống khói Ngoài ra, vật liệu composite còn được sử dụng để chế tạo chân vịt và cánh quạt,…

Hình 1 Tàu đánh cá chế tạo bằng vật liệu composite

Hình 2 Cano du lịch vỏ composite

Trang 21

Hình 3 Tàu đáy kính vỏ composite

Hình 4 Tàu chở khách vỏ composite

Hình 5 Tàu kiểm ngư vỏ composite

Qua thực tế sử dụng, các sản phẩm trên đã đáp ứng khá tốt yêu cầu kỹ thuật đề ra

và ngày càng chiếm được lòng tin của người sử dụng

Vật liệu này ngày càng được sử dụng rộng rãi do có các ưu điểm nổi bật sau:

Trang 22

- Rất bền với môi trường: chịu được nắng, mưa, bức xạ mặt trời, và đặc biệt là khả năng chịu nước mặn rất tốt Có tính trơ với vi sinh vật biển và hàu hà;

- Có khả năng kết hợp với một số vật liệu khác để vừa tăng độ bền, vừa giảm giá thành;

- Dễ thi công, dễ sửa chữa, dễ tạo dáng, độ bóng bề mặt và tính thẩm mỹ cao, không đòi hỏi nhiều thiết bị khi thi công;

- Tuổi thọ cao: có thể sử dụng trên 20 năm

Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm trên, vật liệu composite vẫn tồn tại những khuyết điểm thuộc về bản chất: độ bền va đập thấp; chất thải chưa được xử lý triệt để, ảnh hưởng đến sức khỏe của người thi công, yêu cầu bảo quản khắt khe, giá thành còn hơi cao so với vật liệu truyền thống (gỗ, thép, ) và đặc biệt do mô đun đàn hồi thấp, nên vật liệu composite thường bị biến dạng lớn khi chịu tải, đặc biệt khi tải có chu kỳ (lực quán tính từ các chi tiết quay của máy chính, máy phụ, lực từ chân vịt, áp lực âm thanh, )

dễ xảy ra hiện tượng cộng hưởng, điều này vừa gây ồn, vừa gây rung động, ảnh hưởng đến độ bền và hiệu quả sử dụng của trang thiết bị, đến sức khỏe người đi tàu,…

Với những tàu khách được chế tạo bằng vật liệu composite, hiện tượng ồn khi vận hành hiện là vấn đề gây trở ngại lớn trong quá trình khai thác và sử dụng Đặc biệt khi máy chính là động cơ diesel (thường có lực quán tính lớn do khối lượng chi tiết chuyển động quay lớn) được lắp trong các buồng máy có không gian hẹp như tàu hai thân, tàu khách cỡ nhỏ, Khi độ ồn vượt quá giới hạn cho phép (lớn hơn 80dB [8]), với tàu làm bằng vật liệu composite sẽ gây nên rung động quá mức Tác động của hiện tượng ồn sẽ gây ra rung động và ngược lại, ảnh hưởng đến sức khỏe hành khách, nhân viên trên tàu

Sự cách ly tiếng ồn trong ngành công nghiệp tàu thủy đã được nghiên cứu từ lâu

và được xem là giải pháp cốt lõi nhằm làm cho âm thanh từ động cơ trong buồng máy tới cabin và phòng khách, phòng ngủ, là nhỏ nhất Tuy nhiên, cho đến hiện nay, hầu hết các nghiên cứu giảm âm trên tàu chỉ được thực hiện với tàu vỏ thép, với tàu vỏ được chế tạo bằng vật liệu composite và composite sandwich hầu như chưa có công trình nghiên cứu hoàn chỉnh nào được công bố Mặt khác, một trong những giải pháp

cơ bản để cách ly tiếng ồn là sử dụng vật liệu cách âm để tăng tổn thất truyền âm

Từ những lý do trên, luận án tập trung vào “Nghiên cứu tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich và ứng dụng vào giảm ồn tàu thủy”, làm cơ sở để lựa

chọn và chế tạo các kết cấu tàu thủy vỏ composite có lợi về phương diện giảm ồn

Trang 23

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Để lựa chọn vật liệu composite hợp lý dùng chế tạo các kết cấu tàu thủy nhằm cách âm, giảm ồn từ buồng máy lan truyền ra ca bin, phòng khách, phòng ngủ,…trên tàu, luận án cần thực hiện các mục tiêu cụ thể sau:

- Nắm được cơ sở lý thuyết truyền âm và xác định được tổn thất truyền âm qua các kết cấu tấm composite sandwich cốt sợi thủy tinh nền polyester, lõi là vật liệu xốp (foam - PU) chịu các liên kết động học khác nhau;

- Thiết lập được quy trình nghiên cứu thực nghiệm và triển khai các thí nghiệm nhằm xác định tổn thất truyền âm qua các kết cấu tấm composite sandwich ứng dụng trong tàu thủy ở Việt Nam;

- Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào việc giảm ồn buồng máy tàu khách vỏ composite được chế tạo tại Viện nghiên cứu chế tạo Tàu thủy, Trường Đại học Nha Trang

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Tấm composite sandwich (vỏ là composite nhiều lớp trực hướng, cốt sợi thủy tinh nền nhựa polyester, lõi là foam – PU,…) để chế tạo các kết cấu tàu thủy;

- Nghiên cứu ứng dụng giảm ồn buồng máy tàu khách vỏ composite cỡ nhỏ

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

4.1 Nghiên cứu thực nghiệm xác định tổn thất truyền âm qua kết cấu tấm composite sandwich

4.2 Nghiên cứu tính toán tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich

4.3 Nghiên cứu ứng dụng giảm ồn buồng máy tàu khách vỏ composite

Trang 24

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm

- Thực nghiệm giảm ồn buồng máy tàu khách vỏ composite

6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN

6.1 Ý nghĩa khoa học

Cho đến nay, vấn đề cách âm, giảm ồn trong lĩnh vực hàng không, vũ trụ, ô tô, tàu hỏa, tàu thủy v.v đã và đang được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu, nhưng còn một số vấn đề về tổn thất truyền âm qua các kết cấu tấm composite sandwich chưa được giải quyết một cách thấu đáo và triệt để Vì thế, nội dung luận án được đặt ra và thực hiện là có ý nghĩa khoa học

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Các kết quả nghiên cứu đạt được về mặt lý thuyết cũng như thực nghiệm trong luận án sẽ là cơ sở khoa học để lựa chọn vật liệu và ứng dụng trong chế tạo các kết cấu tàu thủy vỏ composite tại Viện nghiên cứu chế tạo Tàu thủy, Trường Đại học Nha Trang nói riêng và các cơ sở đóng tàu composite nói chung, có khả năng cách âm và giảm ồn tốt nhất

7 CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN

Luận án có cấu trúc gồm: Mở đầu, 4 chương, kết luận và khuyến nghị, danh mục các bài báo của tác giả đã công bố liên quan đến luận án, danh mục tài liệu tham khảo

và các phụ lục

Trang 25

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về đề tài nghiên cứu

Chương 2: Nghiên cứu thực nghiệm xác định tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich

Chương 3: Nghiên cứu tính toán tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich dùng trong chế tạo kết cấu tàu thủy

Chương 4: Nghiên cứu ứng dụng giảm ồn buồng máy tàu khách vỏ composite

Luận án chưa nghiên cứu tổn thất truyền âm qua kết cấu tấm composite sandwich

có vật liệu lõi là tổ ong, Divinycell – H, Sphere – core,… là các loại lõi cũng thường

sử dụng trong kết cấu tàu thủy vỏ composite khi chịu tác động của nguồn âm thanh có tần số biến thiên

Trang 26

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Chương 1 của luận án tập trung vào phần tổng quan về các vấn đề nghiên cứu liên quan đến đề tài Bao gồm:

 Sơ lược về vật liệu composite sandwich

 Giới thiệu về lý thuyết truyền âm

 Giới thiệu các công trình nghiên cứu trên thế giới về tổn thất truyền âm

 Giới thiệu các phương pháp xác định tổn thất truyền âm

 Nhận xét và lựa chọn phương pháp nghiên cứu phù hợp với nội dung của luận án

1.1 Giới thiệu về vật liệu composite sandwich

Ngày nay, trong tất cả các ngành công nghiệp, vật liệu là yếu tố đóng vai trò quan trọng nhất để tạo ra những chi tiết, sản phẩm nhất định Vật liệu quyết định tới thiết kế, thi công và giá thành của sản phẩm Vật liệu kim loại và phi kim là những vật liệu được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực công nghiệp Gần đây, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã tạo ra thêm một số vật liệu mới như vật liệu polymer, vật liệu nano, vật liệu bio, vật liệu composite, vật liệu composite sandwich,… Trên thế giới, vật liệu composite sandwich đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực hàng không, kỹ thuật xây dựng, các dụng cụ thể thao, tàu thủy, do tính hiệu quả không những về mặt độ bền mà cả về mặt kinh tế, thẩm mỹ,

1.1.1 Khái niệm, cấu tạo

Vật liệu composite sandwich là vật liệu gồm hai lớp da mỏng có độ bền cao liên kết với lớp lõi dày nằm ở giữa Thông thường lớp da có độ cứng cao, lớp lõi tương đối mềm và linh hoạt, khi các lớp này kết hợp với nhau sẽ tạo ra vật liệu composite sandwich

có độ bền cao (nhất là khả năng chịu uốn và cắt) và trọng lượng nhẹ (hình 1.1)

Với những đặc tính ưu việt của vật liệu composite sandwich: chống rung, chống uốn, cách nhiệt, cách âm tốt, tại Việt Nam, trong những năm gần đây, vật liệu này đã được ứng dụng vào trong chế tạo các kết cấu tàu thủy như: ca bin, buồng máy, mặt boong và một số chi tiết khác trên tàu thủy

Độ kết dính của lớp da và lớp lõi là tiêu chí quan trọng cho việc chịu tải và nâng cao cơ tính của vật liệu composite sandwich

Trang 27

Trong quá trình tính toán thiết kế, vật liệu composite sandwich phải đáp ứng một

số các tiêu chí về cấu trúc như: lớp da đủ dày để chịu được tải trọng kéo, nén và biến dạng Lớp lõi cần đủ dày và có mô đun cắt đủ lớn để chống uốn cho toàn bộ tấm sandwich khi chịu tải trọng uốn Cấu trúc vật liệu composite sandwich cần phù hợp để tránh gây ra hiện tượng độ võng vượt quá giới hạn khi chịu tác dụng của tải

Hình 1.1 Cấu tạo vật liệu composite sandwich [136]

Chiều dày lớp lõi có thể dày gấp nhiều lần chiều dày lớp da tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật của nhà chế tạo [47]

1.1.2 Phân loại

Tùy theo cấu tạo, kết cấu, vật liệu thành phần sẽ tạo ra các loại vật liệu sandwich khác nhau

Lớp da có thể là vật liệu composite sandwich, hợp kim nhôm, hợp kim titan hoặc

có thể là thép không gỉ, hợp kim kim loại chịu nhiệt [46]

Bảng 1.1 Cơ tính riêng của một số vật liệu thường gặp [12], [47]

đàn hồi (GPa)

Ứng suất phá hủy (MPa)

Khối lượng riêng (kg/m3)

Mô đun riêng (MNm/kg)

Độ bền riêng (kNm/kg)

Trang 28

Bảng 1.2 Cơ tính riêng của một số vật liệu lõi thường gặp [47]

(MPa)

Độ bền cắt (MPa)

* : Giá trị theo phương dọc và phương ngang của lõi tổ ong hình lục giác

Hình 1.2 Các dạng lõi của vật liệu composite sandwich [136]

(a) Vật liệu composite sandwich lõi gỗ balsa; (b) Vật liệu composite sandwich lõi

tổ ong; (c) Vật liệu composite sandwich lõi dạng sóng

Trong vật liệu composite sandwich, nếu lớp da giống hệt nhau cả về chiều dày và đặc trưng vật liệu, được gọi là vật liệu composite sandwich đối xứng Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp cụ thể các lớp da trên và da dưới có thể khác nhau cả về chiều dày và đặc trưng vật liệu tùy từng điều kiện tải và môi trường làm việc Dạng vật liệu này gọi

là vật liệu composite sandwich bất đối xứng

Trang 29

1.1.3 Phạm vi ứng dụng

Vật liệu composite sandwich đã được sử dụng rộng rãi trong ngành ô tô, hàng không vũ trụ, tàu thuyền và các ứng dụng trong kỹ thuật dân sự bởi chúng có độ cứng uốn tốt và trọng lượng nhẹ, do đó làm giảm đáng kể mức tiêu hao nhiên liệu Ngoài ra, vật liệu composite sandwich còn có khả năng hấp thụ năng lượng khi chịu va đập, vì vậy nó càng được ưa chuộng trong các ngành công nghiệp hiện nay

Trong ngành hàng không vũ trụ, vật liệu composite sandwich đã được sử dụng trong các kết cấu tàu con thoi, chúng cũng được sử dụng trong các máy bay quân sự và thương mại Hải quân Mỹ và và Hải quân Hoàng gia Thụy Điển đã sử dụng vật liệu này để làm vách ngăn nhằm giảm trọng lượng của tàu Không những thế, đầu máy xe lửa cũng được thiết kế bằng vật liệu composite sandwich để chống lại các sóng áp lực Hơn nữa, vật liệu composite sandwich còn được sử dụng trong xe buýt, thuyền buồm, thuyền đua, xe đua, ván trượt tuyết, ván trượt nước và canô mang lại hiệu quả rất cao

về thẩm mỹ, chất lượng và kinh tế,…[122]

1.2 Vật liệu composite sandwich dùng trong tàu thủy

Vật liệu composite sandwich dùng trong tàu thủy là loại vật liệu trong đó lớp da thông thường được chế tạo từ vật liệu thành phần là sợi thủy tinh và nhựa nền polyester không no, lõi là foam - PU, Divinycell, Sphere, Vật liệu này có trọng lượng nhẹ, có khả năng chịu uốn, cắt cao (hình 1.3)

Hình 1.3 Vật liệu composite sandwich lõi foam - PU

Lớp da composite có thể cấu tạo từ sợi CSM, vải thủy tinh, sợi cacbon, sợi kevlar-aramid kết hợp với nhựa polyester, nhưa epoxy, nhựa vinylester Sự kết hợp của các vật liệu da và lõi khác nhau sẽ có được vật liệu composite sandwich có cơ tính khác nhau

Trang 30

Bảng 1.3 Sự cải tiến về mặt độ cứng và sức bền khi thay đổi kết cấu [47]

Hình 1.4 Vật liệu composite sandwich

Thông thường, lớp da có độ dày khoảng từ 0,25mm đến 40mm tùy theo đặc điểm thiết kế cụ thể Lớp da bằng vật liệu composite được thiết kế linh hoạt, tùy ý tạo hình dáng và chiều dày tại các vị trí kết cấu khác nhau của sản phẩm Ngoài ra, lớp da còn

có tính “trơ” với môi trường, giá thành và chi phí đầu tư hợp lý Chính vì vậy mà vật liệu composite là vật liệu thành phần được lựa chọn để tạo ra vật liệu composite sandwich dùng trong đóng tàu và một số lĩnh vực khác

Trang 31

1.2.1.1 Nhựa Polymer

Nhựa Polymer được sử dụng để sản xuất vỏ tàu là nhựa nhiệt rắn, chủ yếu là nhựa polyester không no Nhựa polyester này chiếm khoảng 40-60% trọng lượng của vật liệu composite

Có hai loại polyester chính thường sử dụng trong công nghệ composite: Nhựa orthophthalic cho tính kinh tế cao, được sử dụng rộng rãi và nhựa isophthalic lại có khả năng kháng nước tốt nên được xem là vật liệu quan trọng trong công nghiệp, đặc biệt là hàng hải

Nhựa polyester không no dùng cho ngành đóng tàu đều phải được các cơ quan Đăng kiểm Quốc tế thử nghiệm và cấp chứng chỉ công nhận chất lượng

Hiện tại, các cơ sở đóng tàu composite ở Việt Nam thường dùng các loại nhựa có

mã hiệu như sau: 9509, 8201, C114, 8120, UC123LC,

Để nhựa polyester không no đóng rắn, thường sử dụng các chất gia tốc như Peroxid, MEKP (Methyl Ethyl Ketone Peroxide), BPO (Benzoyl Peroxide),

Trong đó, MEKP được dùng phổ biến với nhựa polyester không no Đây là chất đông rắn sử dụng nhiều nhất trong công nghệ composite

Vật liệu composite sẽ đông cứng ở nhiệt độ bình thường với sự có mặt của chất đông rắn Thời gian đông rắn thường áp dụng khi trát vỏ tàu là trên dưới một giờ đồng hồ Kích thước và hình dáng vật thể do vật liệu composite tạo thành bị giới hạn bởi sự có mặt của khuôn Sau đông rắn, sản phẩm định hình đúng hình mẫu mà khuôn đã hạn định

Hình 1.5 Nhựa polyester không no

Trang 32

Hình 1.6 Chất đông rắn MEKP 1.2.1.2 Cốt sợi thủy tinh

Được chế tạo từ thủy tinh kéo thành sợi, sợi thủy tinh có chứa các chất silic, alumin, manhê, Có nhiều loại sợi khác nhau được phân loại theo cấu tạo:

- Sợi thủy tinh E được ứng dụng chung cho tất cả các lĩnh vực, có tính dẫn điện tốt, khả năng kháng nước cao;

- Sợi thủy tinh D có khả năng cách điện cao nên được dùng trong chế tạo linh kiện điện tử viễn thông;

- Sợi thủy tinh C có độ bền hóa học cao dùng làm chế tạo các lớp phủ chi tiết máy, các kết cấu chống ăn mòn hóa học;

- Sợi thủy tinh R và S dùng để chế tạo các kết cấu có độ bền cơ học cao [12] Trong lĩnh vực công nghiệp đóng tàu, sợi thủy tinh được dùng phổ biến là sợi thủy tinh E Thuỷ tinh nhóm E được kéo thành sợi hết sức mảnh, đường kính tính bằng đơn vị micron (ký hiệu μ bằng 1:1.000.000m);

- Vải sợi thủy tinh vô hướng (Chopped Strand Mat – CSM) được dệt từ các nhóm sợi thủy tinh có chiều dài ngắn, khoảng 50 mm, sắp xếp ngẫu nhiên Các loại CSM thường sử dụng trong đóng tàu là: 200 g/m2, 250 g/m2, 300 g/m2, 450 g/m2;

- Vải thủy tinh (Woven glass, weaves,…) được tạo bằng cách đan thủy tinh thành lưới, thành các tấm vải Phần lớn vải là tấm hai chiều, có trọng lượng riêng từ 100 g/m2 – 1000 g/m2, là loại được dùng phổ biến trong thi công tàu vỏ composite

Ngoài sợi thuỷ tinh, còn dùng sợi aramind hay còn gọi là sợi Kevlar, sợi Cacbon

là các loại sợi nhẹ hơn sợi thuỷ tinh song độ bền cao hơn

Trang 33

Hình 1.7 Vải thủy tinh dạng Woven Rowing

Hình 1.8 Sợi thủy tinh dạng Matting 1.2.2 Vật liệu lõi

Vật liệu lõi (core) là vật liệu dạng tấm, đóng vai trò là một tấm chịu lực, phân tán lực Mật độ cốt lõi khoảng từ 16kg/m3 đến 900kg/m3 [18] Vật liệu lõi dùng trong đóng tàu cần thỏa mãn một số yêu cầu sau:

- Có bề mặt hấp thụ lượng nhựa vừa đủ Lượng nhựa hấp thụ sẽ làm tăng khối lượng lõi Nếu lõi có nhiều lỗ xốp thì phải cần nhiều nhựa hơn để điền đầy dẫn đến làm tăng khối lượng sản phẩm Tuy nhiên, nếu kích thước lỗ xốp quá mịn thì mặc dù hấp thụ lượng nhựa ít hơn, xong lực liên kết giữa lõi và lớp da cũng giảm vì giảm vị trí tiếp xúc với nhựa;

- Với vật liệu lõi là foam - PU thì nhựa khó kết dính với bề mặt hơn Để tăng diện tích tiếp xúc, trong quá trình thi công nên cắt bề mặt lõi thành nhiều rãnh nhỏ với mật

độ phù hợp sao cho khối lượng nhựa hấp thụ vào lõi vừa đủ;

Trang 34

- Vật liệu lõi phải chịu được nhiệt độ cao khi điền đầy nhựa và trong quá trình đóng rắn Nếu lõi chịu nhiệt kém sẽ bị biến dạng (co rút hoặc giãn nở), hoặc mất một

số tính chất vật lý làm tách lớp, biến dạng hoặc hư hỏng;

Một vài vật liệu lõi thường sử dụng trong kết cấu composite sandwich như:

- Divinycell H80 [134]: đây là vật liệu dùng trong công nghệ đóng tàu được sản

xuất theo dạng tấm với nhiều chiều dày khác nhau như 5mm, 10mm, 15mm Trên tấm có các rãnh để nhựa có thể thấm vào tạo độ bền và tăng sự liên kết, đồng thời có thể đáp ứng cho công nghệ đúc chuyển chân không Vật liệu lõi Divinycell H80 có các thông số kỹ thuật như sau [134]:

+ Khối lượng riêng: 80 kg/m3;

+ Modul đàn hồi cắt: 27 MPa

Hình 1.9 Vật liệu lõi – Divinycell H80 [134]

- Sphere core [135]: Đây là cũng một vật liệu được ứng dụng trong ngành công nghiệp đóng tàu composite Là vật liệu nhẹ có tỷ trọng tương đối thấp, được sản xuất dưới dạng tấm có nhiều chiều dày như 1mm với tỷ trọng 55g/m2, 2mm với tỷ trọng 60g/m2, 3mm với tỷ trọng 80g/m2, 5mm với tỷ trọng 110g/m2, 10mm với tỷ trọng 600g/m2, Vật liệu sphere core này khi được thấm nhựa sẽ nở ra do được cấu tạo từ gốc rượu và sợi thủy tinh vô hướng Chúng thích hợp cho nhiều công nghệ thi công như đúc bằng tay, công nghệ hút chân không,…

Trang 35

Hình 1.10 Vật liệu lõi – Sphere core [135]

- Polyurethane (foam - PU) là một polymer bao gồm các đơn vị hữu cơ tham gia bởi các liên kết carbamate (urethane) Trong khi hầu hết các polyurethan là các polyme nhiệt rắn không tan chảy khi được làm nóng, các polyurethan nhiệt dẻo cũng có sẵn Polyurethane phổ biến nhất được tạo thành bằng cách cho phản ứng một poly-isocyanate với polyol Cả hai isocyanate và polyol được sử dụng để làm cho polyurethan chứa trung bình hai hoặc nhiều nhóm chức năng trên mỗi phân tử

Polyurethane được sử dụng trong sản xuất tấm xốp cách nhiệt, cách âm, miếng đệm xốp và miếng đệm, bánh xe đàn hồi bền và lốp xe (như roller coaster, thang cuốn, giỏ mua hàng, thang máy và bánh xe ván trượt) các hợp chất chứa điện, chất kết dính hiệu suất cao, chất phủ bề mặt và chất trám bề mặt, sợi tổng hợp (ví dụ: Spandex), thảm lót, các bộ phận bằng nhựa cứng (ví dụ: dụng cụ điện tử, và ống mềm) Hiện nay,

đa số các kết cấu sandwich trên tàu thủy đều sử dụng lõi là PU Các loại lõi này có tỷ trọng từ 25kg/m3 đến 200kg/m3

Hình 1.11 Vật liệu lõi – Polyurethane 1.2.3 Đặc điểm công nghệ thi công

1.2.3.1 Gia công ở áp suất cao

Bao gồm các phương pháp như: Đúc ép nóng, đúc ép nguội, đúc kéo

Trang 36

1.2.3.2 Gia công ở áp suất thường

Bao gồm các phương pháp: cuộn sợi (Filament Winding), túi chân không, ly tâm, trát lớp (laminating)

Hiện nay tại Việt Nam, phương pháp trát lớp được sử dụng phổ biến nhất do dễ thi công, độ bền sản phẩm cao, chi phí thấp, không hạn chế kích thước của sản phẩm Vật liệu gồm hỗn hợp nhựa – sợi thủy tinh được trát theo từng lớp lên bề mặt tiếp xúc cho đến khi đạt được chiều dày cần thiết Vật liệu tự khô, đông cứng sau đó mà không cần gia nhiệt hoặc áp lực Động tác cung cấp vật liệu có thể làm theo cách thủ công (làm bằng tay nhờ con lăn), hoặc công cụ cầm tay như súng phun

1.3 Lý thuyết truyền âm [5]

Trang 37

Tốc độ truyền âm trong không khí ở 200 C khoảng 340 m/s; trong nước khoảng

- Tần số (Frequency, f) là số lần lặp lại sóng điều hòa - simple harmonic wave

(sóng điều hòa đơn) trong 1s Đơn vị tần số là Hz – số lần lặp lại trong 1s (1Hz = 1/s)

- Biên độ (Amplitude): là biên độ áp suất lớn nhất (PM), biên độ áp suất căn bậc

hai trung bình (Root Mean Square: rms) Prms, có đơn vị là Pascal (Pa) Prms = 0,707 PM

Biên độ dao động là độ dời lớn nhất của các phần tử so với vị trí cân bằng

Biên độ dao động thể hiện độ mạnh, yếu của âm thanh Biên độ càng lớn, âm

Trang 38

1.3.3 Mức áp suất âm, cường độ âm

1.3.3.1 Mức áp suất âm

Áp suất âm (Acoustic Pressure) là chênh lệch giữa áp suất âm và áp suất khí quyển

Hình 1.15 Biểu đồ áp suất âm [5]

1 Yên tĩnh, 2 Âm thanh nghe thấy, 3 Áp suất khí quyển, 4 Áp suất âm tức thời

Áp suất âm thường được dùng là rms (root mean square: căn bậc hai của bình quân tổ hợp số, hay gọi là áp suất trung bình) và Prms tức là P

trong đó: P = Z s u (Z s là trở kháng âm riêng – Pa.s/m)

Z s = ρ c /g c (ρ là mật độ hạt hay mật độ môi trường; c là vận tốc truyền âm –

Trang 39

Pref (Po) là áp suất âm đối chiếu (áp suất âm nhỏ nhất mà tai người có thể nghe được), Pref = 2.10-5 N/m2 = 2.10-5 Pa

Lp cũng có thể được tính theo công thức thực nghiệm sau:

Lp = 20lgPrms + 94 (dB) (1.5)

- Mức áp suất âm theo đặc tính A (A – weighted sound pressure level):

LpA = 10lg(PA/Pref)2 (dBA) (1.6) Trong đó: PA là áp suất trung bình theo đặc tính A, Pa;

- Mức áp suất âm theo %: Là mức áp suất âm theo đặc tính A được đo khi dùng đặc tính thời gian “F” khi vượt N% của khoảng thời gian đo đạc Ký hiệu là LAN,T

Mức áp suất âm tương đương liên tục theo đặc tính A (dB): Là giá trị mức áp suất âm theo đặc tính A của âm thanh liên tục, ổn định trong khoảng thời gian T* (mức

áp suất trung bình trong khoảng thời gian, LAeq,T):

) ( 1

lg 10

t

A T

p

t p t t

1.3.3.2 Mức cường độ âm và công suất âm

a Cường độ âm (Acoustic Intensity)

Cường độ âm ở một điểm nào đó trên phương đã cho trong trường âm là tổng năng lượng âm thanh đi qua một đơn vị diện tích bề mặt S vuông góc với phương truyền âm, tại điểm đó trong một đơn vị thời gian

Trang 40

Hình 1.16 Cường độ âm [5]

Đối với sóng phẳng:

)(

;

2

C

P I C





(W/m2); (W là công suất âm) Sóng truyền qua không gian chủ yếu là sóng hình cầu

b Công suất âm (Sound Power, Acoustic Power, P)

Công suất âm là tổng năng lượng âm thanh phát ra từ một nguồn trong một khoảng thời gian, đơn vị Watts

P = I.A (A là diện tích)

1.3.3.3 Dải tần số âm

Thông thường, để đánh giá âm, người ta chỉ sử dụng mức âm tổng cộng mà không phân tích chúng theo các tần số Thực tế thì việc phân tích âm thanh trên mỗi tần số trong phạm vi 20 Hz – 20.000 Hz là rất phức tạp và nhiều khi không cần thiết

Vì vậy, để thống nhất, tổ chức tiêu chuẩn quốc tế (ISO) đề ghị sử dụng các dãy tần số âm tiêu chuẩn khi nghiên cứu âm thanh cũng như khi chế tạo các thiết bị đo

Mỗi dãy tần số được xác định bởi tần số giới hạn dưới f 1 và tần số giới hạn trên

f 2 Khi đó bề rộng của dãy tần số được xác định:

Δf = f 2 – f 1 (1.8)

Định dạng
Số trang	168
Dung lượng	7,05 MB