تعداد نشریات | 38 |
تعداد شمارهها | 1,240 |
تعداد مقالات | 8,994 |
تعداد مشاهده مقاله | 7,844,058 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 4,705,497 |
افت انتقال صوت در یک پوسته استوانهای ساخته شده از مواد مدرج تابعی با وصلههای پیزوالکتریک | ||
مکانیک هوافضا | ||
مقاله 6، دوره 18، شماره 1 - شماره پیاپی 67، خرداد 1401، صفحه 91-103 اصل مقاله (1.64 M) | ||
نوع مقاله: گرایش دینامیک، ارتعاشات و کنترل | ||
نویسندگان | ||
محمدرضا الهامی* 1؛ حسین آذریون2؛ خداداد واحدی3 | ||
1نویسنده مسئول: دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران | ||
2دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران | ||
3استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران | ||
تاریخ دریافت: 08 تیر 1400، تاریخ بازنگری: 12 مرداد 1400، تاریخ پذیرش: 11 دی 1400 | ||
چکیده | ||
در این پژوهش، به بررسی افت انتقال صوت در یک پوسته استوانهای ساخته شده از مواد مدرج تابعی همراه با وصلههای پیزوالکتریک با استفاده از نظریه میدان جابجایی برشی مرتبه اول پرداخته شده است. همچنین فرض شده است که پوسته استوانهای ساخته شده از مواد مدرج تابعی ترکیبی از سرامیک و فلز باشد و بهوسیله مدل تابع توانی، خواص مواد در جهت ضخامت آن متغیر در نظر گرفته شده است. قابلذکر است که از وصلههای پیزوالکتریک در بیرون و داخل پوسته بهعنوان عملگر و سنسور استفاده شده است. کل سازه در یک محیط آکوستیکی حاوی هوا غوطهور است و تحت برخورد امواج آکوستیکی با زاویه برخورد مشخص قرار گرفته است. معادلات دینامیکی سازه با استفاده از فرضیه میدان جابجایی برشی مرتبه اول پوستهها، اصل همیلتون و شرایط مرزی سیال/سازه استخراج شدهاند. با استفاده از سری فوریه، فشارهای صوت برخوردی، برگشتی و خروجی و جابجاییهای پوسته، معادلات دینامیکی گسستهسازی شده و به فرم ماتریس حالت ارائه شدهاند. بعد از اعتبارسنجی نتایج، نهایتاً اثرات ولتاژ اعمالی از طرف وصلههای پیزوالکتریک، درصد مواد مدرج تابعی، تعداد وصلههای پیزوالکتریک، زاویه برخورد بر رفتار افت انتقال صوت سازه در محدوده فرکانسی مشخصی مورد ارزیابی قرار میگیرد. نتایج نشان داد که با افزایش پارامتر ایندکس تابع توانی افت انتقال صوت در محدوده فرکانس پایین کاهش مییابد. همچنین ولتاژ اعمالی قادر به بهبود افت انتقال صوت در سازه خصوصاً در نواحی فرکانس بالا بوده است. | ||
کلیدواژهها | ||
افت انتقال صوت؛ پوستههای استوانهای؛ مواد مدرج تابعی؛ پیزوالکتریک؛ تئوری میدان برشی مرتبه اول | ||
عنوان مقاله [English] | ||
Sound Transmission Loss of a Sandwich Cylindrical Shell with Piezoelectric Patches and Functionally Graded Materials Core | ||
نویسندگان [English] | ||
Mohammad Reza Elhami1؛ Hossein Azarion2؛ Khodadad Vahedi3 | ||
1Corresponding author: Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Technology and Engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran | ||
2Doctoral student, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Technology and Engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran | ||
3Professor, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran | ||
چکیده [English] | ||
In this study, sound transmission loss of a cylindrical shell made out of functionally graded materials with an arrangement of piezoelectric patches is investigated in the framework of the first-order shear deformation theory. Also, power law model is utilized to take into account material characteristics distribution along the thickness of the shell. It is noteworthy that both outer and inner piezoelectric patches are used as actuator and sensor. The structure is immersed in an acoustic medium of air and is subjected to acoustic waves with certain incident angle. The derivation of vibroacoustic equations in the form of coupled relations is realized by implementing Hamilton’s principle in conjunction with fluid/structure compatibility conditions. An analytical method is exploited to solve the coupled vibroacoustic governing equations with Fourier series. After validation study, parameter studies reveal the effects of the functionally graded index, incident angles, external electric voltage, and characteristics of piezoelectric patches on the sound transmission loss behavior of the structure in a certain frequency domain. Results indicated that with increasing the power law index, sound transmission loss decreases in the low-frequency region. Also, the applied voltage is able to improve the sound transmission loss especially in high-frequency region. | ||
کلیدواژهها [English] | ||
Sound transmission loss, Cylindrical shells, Functionally graded materials, Piezoelectric, First-order shear deformation Theory | ||
مراجع | ||
[1] Bai Y, Jin W-L. Ultimate strength of cylindrical shells. Marine Structural Design. 2016:353-65.## [2] Xie M, Chen H, Wu J, Sun F. Application of energy finite element method to high-frequency structural-acoustic coupling of an aircraft cabin with truncated conical shape. Computer Modeling in Engineering & Sciences(CMES). 2010;61(1):1-22.## [3] Yang Y, Mace BR, Kingan MJ. Prediction of sound transmission through, and radiation from, panels using a wave and finite element method. The Journal of the Acoustical Society of America. 2017;141(4):2452-60.## [4] Li C, Campbell BK, Liu Y, Yue DK. A fast multi-layer boundary element method for direct numerical simulation of sound propagation in shallow water environments. Journal of Computational Physics. 2019;392:694-712.## [5] Zhou J, Bhaskar A, Zhang X. Sound transmission through a double-panel construction lined with poroelastic material in the presence of mean flow. Journal of Sound and Vibration. 2013;332(16):3724-34.## [6] Talebitooti R, Zarastvand M. Vibroacoustic behavior of orthotropic aerospace composite structure in the subsonic flow considering the Third order Shear Deformation Theory. Aerospace Science and Technology. 2018;75:227-36.## [7] Mei-xia C, Dong-ping L, Xiao-ning C, Rui-xi S. Analytical solution of radiation sound pressure of double cylindrical shells in fluid medium. Applied Mathematics and Mechanics. 2002;23(4):463-70.## [8] Talebitooti R, Khameneh AC. Wave propagation across double-walled laminated composite cylindrical shells along with air-gap using three-dimensional theory. Composite Structures. 2017;165:44-64.## [9] Zhang Q, Mao Y, Qi D. Effect of perforation on the sound transmission through a double-walled cylindrical shell. Journal of Sound and Vibration. 2017;410:344-63.## [10] Zhou J, Bhaskar A, Zhang X. The effect of external mean flow on sound transmission through double-walled cylindrical shells lined with poroelastic material. Journal of Sound and Vibration. 2014;333(7):1972-90.## [11] Talebitooti R, Gohari H. Optimization of Sound transmission through composite cylinder with poroelastic core considering VCM. Mechanics of Advanced Materials and Structures. 2020;27(3):238-49.## [12] Talebitooti R, Zarastvand M, Gheibi M. Acoustic transmission through laminated composite cylindrical shell employing third order shear deformation theory in the presence of subsonic flow. Composite Structures. 2016;157:95-110.## [13] Talebitooti R, Daneshjou K, Tarkashvand A. Study of imperfect bonding effects on sound transmission loss through functionally graded laminated sandwich cylindrical shells. International Journal of Mechanical Sciences. 2017;133:469-83.## [14] Ahmadi M, Talebitooti M, Talebitooti R. Analytical investigation on sound transmission loss of functionally graded nanocomposite cylindrical shells reinforced by carbon nanotubes. Mechanics Based Design of Structures and Machines. 2020:1-18.## [15] Hasheminejad SM, Cheraghi M, Jamalpoor A. Active damping of sound transmission through an electrorheological fluid-actuated sandwich cylindrical shell. Journal of Sandwich Structures & Materials. 2020;22(3):833-65.## [16] Reaei S, Tarkashvand A, Talebitooti R. Applying a functionally graded viscoelastic model on acoustic wave transmission through the polymeric foam cylindrical shell. Composite Structures. 2020;244:112261.## [17] Parrinello A, Kesour K, Ghiringhelli G, Atalla N. Diffuse field transmission through multilayered cylinders using a Transfer Matrix Method. Mechanical Systems and Signal Processing. 2020;136:106514.## [18] Oliazadeh P, Farshidianfar A, Crocker MJ. Experimental and analytical investigation on sound transmission loss of cylindrical shells with absorbing material. Journal of Sound and Vibration. 2018;434:28-43.## [19] Lee J-H, Kim J. Study on sound transmission characteristics of a cylindrical shell using analytical and experimental models. Applied acoustics. 2003;64(6):611-32.## [20] Shojaeefard MH, Talebitooti R, Ahmadi R, Gheibi MR. Sound transmission across orthotropic cylindrical shells using third-order shear deformation theory. Latin American Journal of Solids and Structures. 2014;11:2039-72.## [21] Daneshjou K, Talebitooti R, Tarkashvand A. Analysis of sound transmission loss through thick-walled cylindrical shell using three-dimensional elasticity theory. International Journal of Mechanical Sciences. 2016;106:286-96.## [22] Talebitooti R, Ahmadi R, Shojaeefard M. Three-Dimensional wave propagation on orthotropic cylindrical shells with arbitrary thickness considering state space method. Composite Structures. 2015;132:239-54.## [23] Magniez J, Chazot J-D, Hamdi MA, Troclet B. A mixed 3D-Shell analytical model for the prediction of sound transmission through sandwich cylinders. Journal of Sound and Vibration. 2014;333(19):4750-70.## [24] Liu Y, He C. Diffuse field sound transmission through sandwich composite cylindrical shells with poroelastic core and external mean flow. Composite Structures. 2016;135:383-96.## [25] Golzari M, Jafari AA. Sound transmission loss through triple-walled cylindrical shells with porous layers. The Journal of the Acoustical Society of America. 2018;143(6):3529-44.## [26] Shahsavari H, Talebitooti R, Kornokar M. Analysis of wave propagation through functionally graded porous cylindrical structures considering the transfer matrix method. Thin-Walled Structures. 2021;159:107212.## [27] Kenter JO, O'Brien L, Hockley N, Ravenscroft N, Fazey I, Irvine KN, et al. What are shared and social values of ecosystems? Ecological economics. 2015;111:86-99.## [28] Lu L, Zhu L, Guo X, Zhao J, Liu G. A nonlocal strain gradient shell model incorporating surface effects for vibration analysis of functionally graded cylindrical nanoshells. Applied Mathematics and Mechanics. 2019;40(12):1695-722.## [29] Mohammadimehr M, Rostami R. Bending and vibration analyses of a rotating sandwich cylindrical shell considering nanocomposite core and piezoelectric layers subjected to thermal and magnetic fields. Applied Mathematics and Mechanics. 2018;39(2):219-40.## [30] Sheng G, Wang X. Nonlinear vibration control of functionally graded laminated cylindrical shells. Composites Part B: Engineering. 2013;52:1-10.## [31] Ke L, Wang Y, Reddy J. Thermo-electro-mechanical vibration of size-dependent piezoelectric cylindrical nanoshells under various boundary conditions. Composite Structures. 2014;116:626-36.## | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 139 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 234 |