نشریه علمی صوت و ارتعاش
سال:1401 | دوره:11 | شماره:22 |تعداد مقالات:11

برش مواد یکی از فرایندهای پرکاربرد صنعتی می باشد که همواره با چالش هایی همراه است. یکی از این چالش ها قابلیت برش مواد با قابلیت کشسانی بالا مانند لاستیک و یا مواد نرم و ترد مانند کیک است. به منظور بالابردن طول عمر ابزار و دستیابی به سطح برش مناسب و دقیق و دست یابی به سرعت برش بالا از فناوری ارتعاشات توان بالای فراصوتی در صنایع مدرن تولید تایر و لاستیک و صنایع غذایی استفاده می شود. طراحی مناسب ابزار برش فراصوتی تضمین کننده عملکرد مناسب و طول عمر ابزار است. طراحی و ساخت هورن های برشی فراصوتی به دلیل تأثیرگذاری عوامل متنوع در شکل و ابعاد قطعه از پیچیدگی هایی برخوردار است. در مقاله حاضر اثر پارامترهای ابعادی طراحی هورن، بر دو عامل خروجی مهم یعنی فرکانس تشدید شکل مود ارتعاش طولی و یکنواختی ارتعاشات سطح جلو تیغه برش فراصوتی از جنس آلیاژ تیتانیوم مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان داده است که با استفاده از بهبود طراحی در نرم افزارهای اجزاء محدود می توان به یک تیغه برشی با فرکانس نزدیک به فرکانس نامی طراحی و با بیشترین یکنواختی دامنه ارتعاشی در سطح جلو هورن دست یافت.   

ساختار پوسته­های استوانه ای در معرض انواع مختلفی از نقص ها و آسیب های مانند ترک ­ها هستند که ممکن است ایمنی ساختاری آنها را از بین ببرد. اثرات ترک در طراحی سازه پوسته استوانه ای به دلیل تاًثیر گذاری بر خصوصیات ارتعاشی و ایمنی، قابل توجه هستند. در مقاله حاضر تحلیل ارتعاشات آزاد پوسته استوانه ای ترک دار با روش عددی (المان محدود) و آزمایشگاهی بررسی شده است. جهت بررسی رفتار ارتعاشی، در روش آزمایشگاهی از آنالیز مودال و در روش عددی از نرم افزارهای تجاری المان محدود آباکوس[i]، استفاده شده است. به منظور صحت سنجی نتایج، با ایجاد ترک در مدل آزمایشگاهی، فرکانس های پوسته استوانه ای ترک دار به دست آمده و با نتایج عددی مقایسه می گردند. در ادامه اثر پارامترهای مختلف نظیر طول ترک، زاویه ترک، عمق ترک، محل ترک، ضخامت پوسته، طول پوسته تحت شرایط مرزی دو سر آزاد بر روی فرکانس های ارتعاشی بررسی شده است. برای تعیین میزان تاًثیرگذاری هر یک از پارامترها بر روی فرکانس های ارتعاشی، طراحی آزمونی با استفاده از RSM-CCD[ii] انجام شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با افزایش 67 درصدی نسبت طول ترک به قطر، فرکانس طبیعی به مقدار 7/32 درصد کاهش می یابد و همچنین با کاهش 50 درصدی زاویه ترک، فرکانس به مقدار 5/24 درصد کاهش می یابد. در نتیجه فرکانس طبیعی ایجادشده توسط ترک در تعداد مشخصی از حالت ها، بسته به محل ترک تغییر می کند. [i]. Abaqus[ii]. Response Surface Methodology Central composite design (RSM-CCD)   

مواجهه با آلودگی صدا در اماکن بسته شغلی و غیرشغلی می تواند سبب اختلال در رفاه، آسایش و سلامت انسان گردد. شاخص تراز فشار صوت(Lp)  داخل بنا، متأثر از توان صوتی منابع خارج و داخل بنا و تشدید ناشی از بازتابش سطوح داخلی است. برای پیش بینی تراز فشار صوت داخل بنا، لازم است ابتدا خصوصیات نشر صوتی منابع خارج و سپس نقش سازه در افت انتقال صدای خارج به داخل بنا تعیین گردد. در این محاسبات میزان انرژی صوتی داخل بنا ناشی از این منابع حقیقی داخل و خارج بنا مشخص می گردد. برای تعیین اثر سطوح بازتابشی داخلی به عنوان منبع مجازی صدا، بر تشدید انرژی در محیط بسته و بالتبع تشدید تراز فشار صوت، لازم است مدل هایی برای محاسبات پیش بینی تراز فشار صوت نهایی ارائه گردد. مدل های محاسباتی موجود نشان می دهد که مداخله کنترلی بر روی سطوح داخلی بنا از طریق مصالح جاذب صوت، به صورت نظری می توانند تا dB30 و به صورت عینی تا dB 20 سبب کاهش صدای محیط گردد. تاکنون مدل معتبری برای تفکیک نقش سطوح داخل بنا در میزان تشدید صدای مجموع منابع حقیقی ارائه نگردیده است. در این مقاله ضمن معرفی شاخص های تحلیل آکوستیکی داخل بنا، شاخص اتاق(RI)  برای تعیین میزان نقش منبع مجازی در تشدید صدای داخل بنا معرفی و یک مدل تجربی برای تعیین این شاخص ارائه می گردد.

این مقاله به بررسی اثر چیدمان لایه ها و زوایای الیاف بر رفتار ارتعاشاتی پوسته استوانه ای[i]FML در نمونه هایGLARE[ii]  وARALL[iii]  و بر روی بستر الاستیک پاسترناک با شرایط مرزی مختلف با استفاده از تئوری الاستیسیته سه بعدی می پردازد (نسبت حجمی کامپوزیت/ فلز ثابت درنظر گرفته شده است). معادلات حاکم با استفاده از اصل کمینه سازی انرژی پتانسیل به دست می آید. جهت اطمینان از دقت و همگرایی نتایج مطالعه حاضر، حل عددی با استفاده از روش المان محدود[iv] (FEM) انجام شده است. نتایج نشان دهنده این موضوع است که لایه بندی بر رفتار ارتعاشاتی پوسته استوانه ای FML تأثیر بسیار زیادی دارد. نتایج با سایر ادبیات دارای مطابقت بسیار خوبی است. استفاده از تئوری الاستیسیته سه بعدی همراه با تحلیل نمونه های مختلف برای ارتعاشات پوسته های FML تقویت شده که برای اولین بار در این تحقیق ارائه شده است یکی از مهم ترین نوآوری های پژوهش حاضر است که می توان از این نتایج  به عنوان معیاری مناسب جهت تحلیل و بهینه نمودن پوسته های FML با هر تعداد لایه های فلز و کامپوزیت، هر نوع زاویه قرارگیری الیاف و تحت هر نوع شرایط مرزی استفاده نمود. [i]. Fiber Metal Laminates (FML)[ii]. Glass Reinforced Aluminum Laminate[iii]. Aramid Reinforced Aluminum Laminate[iv]. Finite Element Method (FEM)   

بازتابش صوتی از سطوح داخلی اماکن بسته سبب تشدید صدای منابع می گردد. بازتابش صوتی در برخی موارد مفید و اغلب اجتناب ناپذیر است. تعیین دقیق میزان تأثیر و کنترل بازتابش های مزاحم همواره یکی از موضوعات مهم علم آکوستیک بوده است. اغلب محیط های آموزشی و اداری موجود دارای زمان بازآوایی بلند بوده و سبب تشدید صدا به صورت مزاحم می گردند. هدف این تحقیق ارائه یک مدل تجربی برای برآورد زمان بازآوایی است.در این مقاله متغیرهای مؤثر بر زمان بازآوایی و مقادیر واقعی آن در محیط های آموزشی یک سایت دانشگاهی اندازه گیری و مدل های محاسباتی موجود برای برآورد زمان بازآوایی مورد تحلیل و مقایسه قرار گرفته است. براساس یک روش منطقی با استفاده از داده های جمع آوری شده از محیط های واقعی، یک مدل تجربی توسعه یافته ارائه شده است. متوسط ضریب جذب صوتی سطوح داخلی در محیط های مورد بررسی 01/0 ± 04/0 و زمان بازآوایی اندازه گیری شده S 28/0 ± 78/0 بوده است. نتایج نشان داد که 9 مدل محاسباتی متداول برای برآورد زمان بازآوایی محیط پژوهش مقادیر غیرقابل قبول و بالاتر را برای شاخص مذکور داشته اند.در این تحقیق برمبنای تحلیل رگرسیون و توسعه مدل سابین[i] معادله تجربی جدید ارائه شده است که نتایج پیش بینی زمان بازآوایی آن در مقایسه با مقادیر اندازه گیری شده و با خطای کمتر از P=0.001، ضریب تعیین R2=0.58 و خطای جذر میانگین مربعات RMSD = 0.18 S  اعتبارسنجی شده است. [i]. Sabine Model   

دقت روش شبیه سازی گردابه های بزرگ در جریان نزدیک دیواره به فاصله های بی بعد  و  و  شبکه در لایه مرزی وابسته است. در منابع مختلفی برای این فاصله های بی بعد پیشنهاداتی داده شده که این مقادیر بسته به فیزیک مسأله و پدیده های مورد مطالعه می تواند متفاوت باشد. در این مقاله به بررسی اثر این پارامترها پرداخته شده است. بدین منظور دو نوع شبکه با تراکم مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج به دست آمده از هر دو شبکه با استفاده از داده های تجربی حاصل از تونل باد در باند یک سوم اکتاو اعتبارسنجی شده است. در مطالعه گردابه ها با استفاده از خطوط جریان و معیار-کیو مشاهده شد که استفاده از فاصله بی بعد بزرگتر بر روی سطح دیواره باعث افزایش مقیاس طولی و قدرت گردابه ها شده و در نتیجه قدرت امواج آکوستیکی بیشتر از مقدار واقعی تخمین زده می شود. این مسأله در زوایای مختلف مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که اختلاف بین دو شبکه در زوایای مختلف تغییر می کند. حداکثر اختلاف بین میانگین کلی سطح فشار صوت به دست آمده در دو شبکه در حدود یازده دسیبل در زاویه 135 درجه مشاهده گردیده است. با توجه به اینکه فاصله های بی بعد استفاده شده در هر دو شبکه در محدوده مجاز پیشنهاد شده در مراجع قبلی بودند، می توان گفت برای پیش بینی صحیح قدرت امواج آکوستیکی به الزامات سخت گیرانه تری برای فواصل بی بعد نسبت به تحقیقات گذشته نیاز است.

روش چاپ سه بعدی امکان تولید قطعات با هندسه پیچیده را در زمان کوتاه فراهم می کند. با این وجود قطعات تولیدی به دلیل ماهیت لایه ای آنها و وجود عیوبی مانند حفره ها و چسبندگی ضعیف بین لایه ای، خواص مکانیکی ضعیفی دارند. در این مقاله، استفاده از ارتعاشات فراصوت برای بهبود خواص مکانیکی قطعات پلیمری از جنس اکریلونیتریل-بوتادین-استایرن (ABS)[i] مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه ها با هندسه استاندارد آزمون کشش با استفاده از چاپگر سه بعدی رومیزی از نوع مدل سازی رسوب ذوبی[ii] ساخته شدند. برای بررسی اثر ارتعاشات بر روی پارامترهای فرایند چاپ، ضخامت لایه های پرینت در بازه 15/0، 2/0 و30/0 میلی متر و میزان پر شدن 60، 80 و 100 درصد انتخاب شد. همچنین، تأثیر مدت زمان اعمال ارتعاشات فراصوت (در محدوده 1 الی 2 ثانیه) بر روی خواص کششی مورد مطالعه قرار گرفت. برای بررسی اثر پارامترهای مورد اشاره، طراحی آزمایش به روش سطح پاسخ انجام پذیرفت. سپس آزمایش کشش تک محوری روی نمونه ها اجرا و با تحلیل واریانس داده ها بررسی شدند. نتایج نشان دادند که اعمال ارتعاشات فراصوت سبب بهبود قابل توجه در استحکام کششی قطعات پلیمری می شود که این اثرگذاری در ضخامت لایه کم، بیشتر است. همچنین، با افزایش مقدار درصد پرشدن، اثر ارتعاشات فراصوت بیشتر می شود که این می تواند ناشی از پیوند بهتر لایه های پرینت در اثر ارتعاشات فراصوت و کاهش میزان حفره ها در مقادیر پر شدن پایین باشد. از این رو، می توان انتظار داشت که با اعمال ارتعاشات فراصوت بر روی نمونه های حاصل از چاپ سه بعدی، از آنها در مدل های عملکردی مهندسی استفاده کرد.   [i]. Acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) [ii]. Fused Deposition Modeling (FDM)

یکی از روش های معمول تولید لایه های دو بعدی استفاده از روش پوسته سازی در فاز مایع به روش فیزیکی استفاده از پروب فراصوت است. در این پژوهش، پوسته های گرافن با استفاده از پروب فراصوت در محیط های گوناگون تولید شد. برای به دست آوردن شرایط بهینه تولید پوسته های دوبعدی گرافن از پودرگرافیت به روش پوسته سازی در فاز مایع تحت تابش امواج فراصوت، شبیه سازی توزیع فشار فراصوت درون محلول و محاسبه اختلاف فشار  با استفاده از نرم افزار کامسول[i] انجام شد. این شبیه سازی برای پروب فراصوت با فرکانس کاری 20 کیلوهرتز برای پروب با قطر 22 میلی متر صورت گرفت تا اختلاف فشار صوتی درون محلول با تغییرات عمق غوطه وری پروب محاسبه گردد. سپس شرایط که بیشترین اختلاف فشار را نشان می دهد در کار تجربی برای بررسی اثرات عمق غوطه وری تحت تابش فراصوت در تولید مقدار و ضخامت لایه های گرافن، مورد مطالعه قرار گرفت. همان طورکه از نتایج شبیه سازی انتظار می رفت، نتایج تجربی نشان داد که که با افزایش اختلاف فشار آکوستیکی درون محلول، میزان تولید گرافن افزایش می یابد. نتایج به دست آمده با دستگاه های آنالیزی طیف سنجی فرابنفش-مرئی، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی، میکروسکوپ عبوری و طیف رامان نشان می دهد که با محلول که از ترکیب آب- اتانول با نسبت حاصل از رابطه کانورس-رایت[ii] حاصل شده، تراکم کم لایه های گرافن با ضخامت کم بیشتر امکان پذیر است. همچنین عمق غوطه وری پروب بر تولید میزان و تعداد لایه های گرافن نقش به سزایی دارد.   [i]. COMSOL Software [ii]. Connors-Wright equation

ارتعاشات می تواند اثرات مطلوب و یا نامطلوبی بر روی سیستم ها و یا انسان ها وارد آورد. ناراحتی سرنشینان خودروها بر اثر حرکت بر روی جاده های ناهموار، نمونه ای از اثرات نامطلوب ارتعاشات است. برای جلوگیری از این آسیب ها، از انواع میراگرها استفاده می شود. میراگرهای مگنتورئولوژیکال (ام آر)[i] یکی از فناوری های پیشرفته در زمینه سیستم های تعلیق است. امروزه پژوهش های فراوانی در جهت افزایش نیروی میرایی، کاهش هزینه های ساخت و نیز طراحی و شبیه سازی یک میراگر با قابلیت سهولت ساخت درحال انجام است که بیانگر ضرورت پژوهش پیش رو است. در این مقاله پس از بررسی های نظری پیرامون این نوع از میراگرها و استخراج معادلات حاکم بر مدل مکانیکی (توسط مدل پلاستیک بینگهام)، میدان الکترومغناطیسی (توسط معادلات ماکسول و قانون آمپر) و نیز میدان جریان (توسط معادله ناویر- استوکس)، سعی شد تا یک میراگر ام آر دو میله که نمونه بدیعی از این میراگرها است، از طریق برهم کنش چندفیزیکی (سیال- جامد- مغناطیس) به وسیله نرم افزار کامسول، طراحی و شبیه سازی شود و سپس به تحلیل نتایج پرداخته شود. همچنین نمونه طراحی شده، برخلاف نمونه های قبلی این میراگرها، نیازی به محفظه جبران ساز گازی، ندارد. اطلاعات به دست آمده از نتایج شبیه سازی نشان داد که با توجه به الزامات یک کمک فنر خودرو سبک که به نیروی میرایی بیشتر از 1000 نیوتن نیاز دارد، این میراگر، یک دستگاه نیمه فعال مناسب است و می تواند حداقل مقدار نیروی میرایی مورد نیاز را، تولید کرده و به صورت گسترده در حمل ونقل و زمینه های دیگر، همچون سیستم تعلیق خودروهای سبک، مورد استفاده قرار گیرد و سبب بهبود راحتی و افزایش کیفیت عملکرد وسیله نقلیه شود.   [i]. Magneto-Rheological

این مقاله مروری است بر روش ها ی سنتی و نیز روش های نوین بازشناسی گفتار. بازشناسی گفتار سابقه ای در حدود چندین دهه دارد و با روش های مبتنی بر پردازش سیگنال و پیچش زمانی پویا آغاز شده است. روش های آماری در دهه 1980 به بعد مورد توجه و استقبال قرار گرفت و روش های مبتنی بر مدل مخفی مارکوف به عنوان سرآمد این روش ها شناخته می شد. ولی از دهه 2000 میلادی به بعد روش های آماری کم کم جای خود را به مدل های مبتنی بر شبکه های عصبی دادند و با روی کار آمدن شبکه های عصبی ژرف، نتایج بهتری از این مدل ها نسبت به مدل مخفی مارکوف به دست آمد. مدل های مبتنی بر شبکه های عصبی ژرف نیز دچار تحول شدند و انواع مختلفی از آنها ابداع گردید. سپس مدل های مبتنی بر مبدل ها و مدل های از پیش آموزش دیده جای آنها را گرفتند و به دقت های بالاتری دست یافتند. در این مقاله بعد از مروری بر روش های مبتنی بر مدل مخفی مارکوف به روش های مبتنی بر شبکه های عصبی ژرف و ساختارهای متنوع آنها پرداخته می شود و در نهایت روش های مبتنی بر مدل های از پیش آموزش دیده تشریح می شود و آخرین روش های از این دست مورد بررسی قرار می گیرد. در انتها نیز نتایج به دست آمده از روش های تشریح شده براساس نرخ خطای کلمه ارائه می شود و مقایسه بین آنها صورت می گیرد.

باگذشت زمان و در اثر رشد جوامع  و پیچیده تر شدن صنعت و فناوری، نیاز بشر به منابع انرژی و استفاده از انرژی های تجدید پذیر مانند باد، روزافزون شده است و توسعه توربین های بادی یکی از راه های رسیدن به این هدف است. توربین بادی بدون پره ورتکس1 یک مولد انرژی است که مانند یک ستون است و در مسیر جریان سیال هوا قرار می گیرد و با استفاده از ارتعاشات ایجاد شده توسط گردابه های ون کارمن شروع به نوسان می کند، و با استفاده از تغییر میدان مغناطیسی در قسمت آلترناتور تولید الکتریسیته می کند. در این مطالعه قصد داریم با درنظر گرفتن روابط تحلیلی به طراحی این مدل توربین در نرم افزارهای مدل سازی  بپردازیم. سپس مدل را با حل عددی در نرم افزار انسیس در نسبت فرکانس های مختلف مورد بررسی قرار داده و پارامترهای نظیر قطر و ارتفاع دکل را که در بازدهی سیستم تأثیر مستقیم دارند بهینه سازی خواهد شد. در ادامه با استفاده از روابط دینامیکی استخراج شده صحت نتایج حل عددی مورد بررسی قرار خواهد گرفت.