با رشد جمعیت، توسعه حمل ونقل و گسترش فعالیت های صنعتی، آلودگی صوتی به یكی از مهم ترین عوامل خطر محیطی برای سلامت و رفاه انسان تبدیل شده است. در سال های اخیر، دستیابی به جذب مؤثر در محدوده فركانس های پایین و میانی به یكی از چالش های مهم در طراحی جاذب های صوتی تبدیل شده است. در این میان، تركیب سازوكارهای جذب متخلخل و رزونانسی می تواند امكان دستیابی به عملكرد گسترده تر و قابل تنظیم تر را فراهم كند. با وجود مطالعات متعدد درباره جاذب های مركب و ساندویچی، بررسی جامع عملكرد آكوستیكی سازه های سه بعدی مبتنی بر منسوج حلقوی پودی یكپارچه و قابل تنظیم، با كنترل هم زمان هندسه هسته، ویژگی های پوسته و تركیب نخ، محدود گزارش شده است. هدف پژوهش حاضر، طراحی و تولید سازه های مركب سه بعدی مبتنی بر منسوج حلقوی پودی و بررسی قابلیت آن ها برای تنظیم و بهبود عملكرد جذب صوت بود.
در این پژوهش، منسوجات حلقوی پودی سه بعدی با استفاده از نخ های پلی استر با استحكام بالا، پلی استر تكسچره و آكریلیك و با هندسه ها و ابعاد مختلف سلول واحد تولید شدند. ابتدا رفتار سازه های مركب انعطاف پذیر مبتنی بر ماتریس پلی وینیل استات بررسی شد. سپس با استفاده از رزین پلی استر، سازه های صلب با هندسه های الماسی شكل(D) ، مربعی شكل (S) و مستطیلی شكل (R) توسعه یافتند و پوسته های منسوجی حلقوی پودی به عنوان لایه های متخلخل سطحی مورد استفاده قرار گرفتند. آزمون جذب صوت با روش لوله امپدانس دومیكروفونه مطابق استاندارد ISO 10534-2 در محدوده 63 تا 6300 هرتز انجام شد. همچنین، رفتار آكوستیكی سازه ها با استفاده از مدل Maa و روابط مشتق شده از آن تحلیل شد و برای نمونه های منتخبD5،S5 و R5 شبیه سازی اجزای محدود در نرم افزار كامسول انجام گرفت.
نتایج نشان داد كه سه بعدی سازی منسوج، عملكرد جذب صوت را نسبت به ساختار مسطح بهبود می دهد و هسته های سه بعدی عمدتا در محدوده فركانس های میانی و بالا عملكرد مطلوب تری دارند. با افزایش صلبیت و افزودن پوسته متخلخل، سازوكار جذب از رفتار غالبا متخلخل به رفتار هیبریدی متخلخل-رزونانسی تغییر یافت و در بسیاری از نمونه ها بیشینه جذب به فركانس های پایین تر منتقل شد. بیشینه ضریب جذب سازه های ساندویچی در محدوده 46/0 تا 0/96 و SAA در محدوده 130/0 تا 441 /0 قرار داشت. نمونه R6 با SAA برابر 441/0 و بیشینه ضریب جذب 94/0 در فركانس 1707 هرتز بهترین عملكرد مطلق پهن باند را نشان داد. میانگین SAA سازه های D، S و R به ترتیب حدود 244/0، 293/0 و 328/0 بود كه همراه با كاهش میانگین فركانس بیشینه جذب از حدود 2506 به 2172 و 1916 هرتز، نقش هندسه، ضخامت و حجم حفره را در تنظیم پاسخ آكوستیكی نشان داد. در هر سه هندسه، نمونه های D6،S6 و R6 كه حاوی یك رشته آكریلیك بودند، بالاترین SAA گروه خود را نشان دادند.
مدل Maa توانست روند كلی پاسخ رزونانسی را با خطای پیش بینی فركانس در محدوده 4/0 تا 65/11 درصد بازنمایی كند. شبیه سازی اجزای محدود برای نمونه هایD5،S5 و R5 نیز خطای پیش بینی فركانس بیشینه به ترتیب 7/17، 2/1 و 7/0 درصد را نشان داد و تحلیل هلمهولتز به ترتیب خطاهای 9/14، 6/9 و2/5 درصد را ارائه كرد. این نتایج نشان دادند كه مدل های تحلیلی و عددی، در كنار آزمون تجربی، قابلیت مناسبی برای تبیین مكانیزم جذب و بررسی اولیه پیكربندی های آكوستیكی پیچیده پیش از ساخت دارند.
در مجموع، عملكرد سازه های توسعه یافته حاصل برهم كنش هندسه و عمق حفره، ویژگی های پوسته و نسبت سطح باز، تركیب و تراكم نخ، مورفولوژی شبكه متخلخل و صلبیت ماتریس است. یافته های پژوهش نشان می دهد كه معماری سه بعدی حلقوی پودی می تواند به عنوان یك پلتفرم قابل تنظیم برای توسعه جاذب های صوتی سبك و چندمكانیزمی مورد استفاده قرار گیرد.
كلمات كلیدی: ضریب جذب صوت، سازه مركب سه بعدی، سازه ساندویچی، منسوج حلقوی پودی سه بعدی، پوسته متخلخل، جذب متخلخل، جذب رزونانسی، مدل Maa، شبیه سازی اجزای محدود.