جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای پوریا نصر)
موضوع: طراحی، شبیه‌سازی و ساخت یک فراماده صوتی غشایی به‌منظور استفاده در لوازم خانگی
ارائه دهنده: پوریا نصر
استادان راهنما: دکتر علی لقمانی، دکتر رضا تیکنی
استادان مشاور: -
استادان داور: دکتر سعید ضیایی راد، دکتر رضا جعفری ندوشن
چکیده:
امروزه کنترل و کاهش نویز در لوازم خانگی یکی از چالش‌های مهم در ارتقای کیفیت زندگی و افزایش رضایت کاربران به شمار می‌رود. فرامواد صوتی غشایی قادرند در ضخامت‌ها و چگالی‌های کم خصوصاً در فرکانس‌های پایین عایق صوت خوبی باشند. در این پژوهش، طراحی، شبیه‌سازی و ساخت یک فراماده صوتی غشایی به‌منظور استفاده در کاهش نویز لوازم خانگی، به‌ویژه پمپ ماشین لباس‌شویی موردبررسی قرار گرفته است. ابتدا با مرور پیشینه تحقیق و بررسی انواع فرامواد غشایی، سازوکار عملکرد آنها تحلیل شد. سپس یک فراماده غشایی دولایه مدل شد که در هر لایه شامل یک غشا و قاب نگهدارنده بود. مدل طراحی‌شده در نرم‌افزار اجزای محدود کامسول شبیه‌سازی و رفتار آن در بازه فرکانسی 100 تا 1750 هرتز بررسی شد. برای صحت‌سنجی شبیه‌سازی، نتایج آن با پژوهش‌های قبلی مقایسه شد که بین نتایج پژوهش و شبیه‌سازی تطابق خوبی وجود داشت. در گام بعدی تأثیر پارامترهای مختلف هندسی و مکانیکی بر میزان افت انتقال صوت مطالعه شد. این پارامترها شامل چگالی، ضخامت و کشش غشا، طول ضلع غشای لایه‌های ریز و درشت و ارتفاع هر لایه می‌شد. در ادامه به‌منظور شخصی‌سازی فراماده غشایی دولایه برای پاسخگویی به هدف پژوهش حاضر، فراماده برای بهینه‌سازی آماده شد. پس از بحث و بررسی پیرامون تأثیر پارامترها در میزان افت انتقال صوت و به کمک مطالعه پارامتری انجام‌شده، بعضی از پارامترها از فرایند بهینه‌سازی کنار گذاشته شده و برخی با مشخص شدن بازه مجاز انتخاب، وارد فرایند بهینه‌سازی شدند. بازه مجاز انتخاب برای هر پارامتر با توجه به دلایل نظری یا محدودیت‌های ساختی مشخص شد. همچنین یک ساختار جدید که بر روی غشای لایه درشت‌تر آن یک جرم اضافی قرار گرفته بود نیز به‌صورت جداگانه مورد بهینه‌سازی قرار گرفت. پس از مشخص شدن خروجی‌های فرایند بهینه‌سازی و به‌منظور تأیید صحت مدل عددی، نمونه‌های آزمایشگاهی از فراماده طراحی‌شده، ساخته شد. برای این منظور از غشاهای پلیمری نازک به همراه قاب‌های سبک چاپ سه‌بعدی استفاده گردید و میزان کشش غشا با سازوکار وزنه و گیره تنظیم شد تا بتوان فرکانس‌های تشدید دلخواه را به دست آورد. آزمون‌های تجربی با استفاده از لوله امپدانس و تجهیزات جمع‌آوری داده انجام گرفت و داده‌ها با نتایج شبیه‌سازی مقایسه شدند. روند کلی نمودارهای تجربی از تطابق خوبی با نتایج شبیه‌سازی برخوردار بود. همچنین مکان دره‌ها و قله‌های نتایج تجربی و شبیه‌سازی به یکدیگر نزدیک بود. یافته‌های حاصل نشان داد که فراماده صوتی غشایی ساخته‌شده توانست به‌طور میانگین بیشتر از 60 دسی‌بل کاهش انتقال صوت در بازه‌های فرکانسی هدف ایجاد کند. علاوه بر این، ساختار پیشنهادی در تمام بازه مورد مطالعه از قانون جرم بهتر عمل کرده و مانند یک عایق پهن‌باند رفتار کرد. این نتیجه بیانگر آن است که می‌توان با استفاده از این نوع ساختارها، بدون افزایش وزن و ضخامت عایق، آلودگی صوتی سیستم را تا حد زیادی کاهش داد. از دیگر مزایای طرح پیشنهادی، امکان تنظیم دره‌ها و قله‌های نمودار میزان افت انتقال صوت با تغییر کشش غشا و ابعاد قاب است که انعطاف‌پذیری بالایی را در کاربردهای صنعتی فراهم می‌کند. این پژوهش نشان داد که فرامواد صوتی غشایی می‌توانند به‌عنوان جایگزینی سبک، کم‌حجم و کارا برای مواد جاذب سنتی مطرح شوند و افق‌های جدیدی را در طراحی آکوستیکی باز کنند.