نشریه غلمی صوت و ارتعاش
سال:1399 | دوره:9 | شماره:17 |تعداد مقالات:10

در این مقاله یک تیرک پیزوالکتریک برای دریافت انرژی صوتی در محیط واقعی طراحی شده است. انرژی دریافتی الکتریکی از این تیرک می تواند در باطری ذخیره شده یا مستقیما توسط مدارهای الکتریکی مورد استفاده قرار گیرد. از دو تیرک مسی و پیزوالکتریک شامل پلی وینیلیدن فلوراید که در آن طول لایه پیزوالکتریک کوتاه تر است و در نقطه بهینه تیرک مسی قرار دارد، در این شبیه سازی استفاده شده است. توان صوت 100 دسی بل بلندگو [i] در یک اتاق 1 متر مکعبی با درنظر گرفتن وجود هوا در محیط به تیرک در وسط اتاق اعمال شده است. با ساخت تیرک در طول 8/7 سانتی متری، فرکانس خمشی اول تیرک به نزدیکی 100 هرتز می رسد با تحریک تیرک در این فرکانس خمشی اثر نوفه به حداکثر مقدار خود می رسد و در نهایت منجر به تولید ولتاژ حدود 70 میلی ولتی می گردد.

امروزه به دلیل دسترسی محدود به بعضی نقاط و یا شرایط نامساعد آب و هوایی انتقال توان از نیروگاه و ذخیره سازی در باطری بسیار پرهزینه است. این امر باعث شده تا محققان راهی برای حل این مشکل پیدا کنند، بنابراین استفاده از انرژی محیطی [i] از جمله نوفه، حرکت (یا جابه جایی)، نور، باد، و غیره توانسته باب جدیدی به روی مهندسان باز کند. در این مقاله یک صفحه پیزوالکتریک با الگوبرداری از پرده گوش انسان طراحی و شبیه سازی شده است. این صفحه یکی از اجزا مبدل آکوستیک-الکتریک است که قادر به جمع آوری نوفه محیط های شلوغ و پر تردد و تبدیل آنها به انرژی الکتریکی است. با ضبط و تحلیل سیگنال های صوتی دو مکان با آلودگی بالا در نرم افزار متلب [ii]، دو فرکانس که بیشترین وزن صدا در آنها رخ داده بود، به عنوان فرکانس تشدید درنظر گرفته شد. سپس با استفاده از نرم افزار کامسول [iii] و داده های به دست آمده، فرکانس طبیعی مد اول هندسه مبدل، برابر با فرکانس تشدید صوت قرار داده شده است. قطر بهینه صفحه پیزوالکتریک 8 سانتی متر انتخاب شد و انرژی معادل با 5/10 میکرووات بر ثانیه و تغییرات ولتاژی برابر 12 ولت به دست آمد. جهت ذخیره و استفاده از ولتاژ به دست آمده، مداری به همین منظور ارایه شده است.

همراه با گسترش صنایع و ایجاد صداهای ناخواسته پدیده آکوستیک و کنترل صوت مورد توجه محققان زیادی قرار گرفته است و تاکنون مواد گوناگونی برای کنترل صوت استفاده شده است. سازه های الیافی، در کنار برخورداری از میزان تخلخل مناسب و قابل کنترل، نسبتا ارزان و سبک نیز هستند که استفاده از آنها را بیش از سایر مواد می توان توجیه نمود. در این میان پارچه های حلقوی تاری به دلیل آویزش و فرم گیری راحت تر به عنوان جاذب صدا حایز اهمیت است. در این پژوهش پارچه دو جداره حلقوی تاری که از دو لایه جدا از هم که توسط نخ های اتصال، به هم متصل شده اند بر روی ماشین راشل دومیله سوزن تولید شد. دوجداره کلیه نمونه ها یکسان بوده و با تغییر در ساختمان بافت زاویه نخ های اتصال کاهش می یابد. اثرات افزایش ضخامت بین دو جداره با ساختمان بافت متفاوت بر خواص آکوستیکی پارچه های دوجداره حلقوی تاری مورد بررسی قرار گرفت. ضریب جذب صوت نمونه ها از روش لوله امپدانس در فرکانس های مختلف بر روی نمونه های تک لایه و سه لایه مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد ضریب جذب صوت با افزایش ضخامت پارچه در نمونه های تک لایه و سه لایه، افزایش یافت. به علاوه با افزایش تعداد لایه، ضریب جذب صوت نسبت به نمونه های تک لایه افزایش یافت.

در سال های اخیر با رشد حسابان کسری به تدریج کاربردهای ریاضیات مرتبه کسری در علوم مهندسی در حال پیدایش هستند. یکی از کاربردهایی که در سال های اخیر توجه محققان را به خود جلب کرده است مدل سازی مواد ویسکوالاستیک با استفاده از حسابان کسری است. در این پژوهش یک تیر میکرو که با استفاده از مدل ویسکوالاستیک کسری کلوین-وویت [i] مدل سازی شده، بررسی می گردد. تیر مورد نظر در این پژوهش با درنظر گرفتن کرنش های خطی، تیوری تنش کوپل اصلاح شده (MCST[ii])، مدل ویسکوالاستیک مرتبه کسری کلوین-وویت مدل سازی می شود و با استفاده از اصل هامیلتون [iii]، معادله حرکت به صورت یک معادله مرتبه کسری با مشتقات جزیی حاصل می شود. معادله به دست آمده با استفاده از ترکیب المان محدود و تفاضل محدود حل می شود. معادلات در حوزه زمان با استفاده از تفاضل محدود و در حوزه مکان با استفاده از المان محدود و گالرکین گسسته سازی می شوند. شبیه سازی های انجام شده نشان می دهد که مشتق مرتبه کسری تاثیر فراوانی در دامنه و پاسخ ارتعاشات آزاد و اجباری تیر مورد نظر دارد و باعث افزایش یا کاهش میرایی می شود. علاوه بر این اثرات طول تیر و ضریب میرایی ویسکوالاستیک نیز بررسی شده اند. نتایج نشان می د هند پدیده تشدید اثرات مشتق مرتبه کسری را نیز به شدت تحت تاثیر قرار می دهند. نتایچ این مقاله می تواند برای بهبود مدل سازی مواد ویسکوالاستیک به کار گرفته شود.

مطالعه استاتیکی به همراه ارتعاشی دکل یک شناور سطحی در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است. طراحی دکل مخابراتی یک کشتی از نقطه نظر سازه ای جهت نصب انواع آنتن ها و رادارهای مورد نیاز، از مهم ترین موضوعات در طراحی یک کشتی به حساب می آید. ازهمین رو، در تحلیل انجام شده دکل مخابراتی به همراه عرشه کشتی مدل شده است. بعد از بررسی دکل و عرشه در حالت استاتیک و محاسبه تغییر شکل ها و تنش ها، با توجه به حرکات کشتی در دریا، نیروهای ناشی از آن به تحلیل اضافه شده و اثرات حاصل شده بر روی تنش ها و جابه جایی های دکل برآورد شده است. لازم به ذکر است که در این تحلیل شتاب های خطی به صورت نیروی گرانش، شتاب های دورانی به صورت نیروی حجمی دورانی به سازه دکل و وزن رادار به صورت نیروی متمرکز بر آن اعمال گشته اند. پس از آن، تحلیل فرکانسی انجام و مودهای مختلف نوسان سازه دکل استخراج گردیده است. نتایج نشان می دهد که در طراحی دکل ها، علاوه بر درنظر گرفتن پارامترهای طراحی خود دکل (نظیر شرایط مرزی، بار اعمالی، نحوه قرارگیری اعضا)، مکان مورد استفاده آنها نیز باید مورد توجه قرار گیرد. استفاده از دکل ها در عرشه شناورها موجب شد که فاکتور ایمنی به طرز چشمگیری کاهش یابد. همچنین، شاهد پدیده های مختلفی همچون خستگی در اعضا به ویژه محل اتصال به عرشه باشیم که می تواند در دراز مدت آثار بسیار مخربی داشته باشد و باعث کاهش طول عمر سازه گردد. بنابراین، در طراحی دکل های سازه های شناور دریایی، باید فاکتورهای ایمنی بیشتری منظور و به طور ویژه ای به حرکات جانبی شناور اهمیت داده شود.

مته ها در صنایع کاربردهای متعددی دارند. یکی از کاربردهای آنها در فرایند سوراخ کاری بتن (کرگیری یا مغزه گیری [i]) است که می توان آن را به صورت یک سیستم روتور سرآویز [ii] روتور-دیسک مدل سازی کرد. در این مقاله ارتعاش جانبی یک مته سوراخ کاری بتن، که به صورت یک سیستم سرآویز روتور-دیسک تحت تاثیر نیروی محوری مدل سازی شده است، مورد بررسی قرار می گیرد. برای این منظور ابتدا معادلات حاکم بر ارتعاش جانبی سیستم و شرایط مرزی آن با استفاده از اصل همیلتون استخراج می شود. سپس معادلات حاکم با استفاده از روش مودهای فرضی حل شده و دو فرکانس طبیعی اول ارتعاش جانبی سیستم به روش تحلیلی محاسبه می شوند. در ادامه اثر تغییر پارامترهای اصلی سیستم همانند سرعت دورانی مته، قطر مته و مقدار نیروی محوری، بر مقدار فرکانس های طبیعی مورد مطالعه قرار می گیرد و نتایج به صورت نمودارهایی ارایه می شوند. نتایج حاصل نشان می دهد پارامترهای اصلی سیستم همانند طول مته، قطر مته، نیروی محوری و سرعت دورانی تاثیر قابل توجهی روی مقدار فرکانس طبیعی سیستم دارد. با توجه به اینکه فرکانس طبیعی سیستم به صورت نیمه تحلیلی استخراج شده است، نتایج می تواند مورد استفاده مهندسان طراح، برای بهینه سازی اینگونه سیستم ها قرار گیرد.

در این پژوهش، یک مدل نظری بر اساس معادلات تیر اویلر-برنولی [i] اصلاح شده ی ناموضعی برای تشخیص ذرات بیولوژیکی جذب شده بر روی نانولوله های کربنی دو سر گیردار به عنوان یک نانو زیست حسگر ارتعاشی ارایه شده است. اساس کار این نانو زیست حسگرهای ارتعاشی، محاسبه دقیق تغییر فرکانس تشدید به دلیل تغییر جرم ناشی از جذب سطحی ویروس ها است. در بیشتر تحقیق های انجام شده برای سادگی محاسبات از تکیه گاه های دوسر مفصلی استفاده کرده اند، درحالی که ساخت چنین تکیه گاه هایی در مقیاس نانو تقریبا غیرممکن است. به این منظور از تکیه گاه دو سر گیردار برای تحلیل این مساله استفاده شده است و برای نخستین بار، پاسخ بسته فرکانس ارتعاشی یک نانوحسگر دوسر گیردار بر حسب مشخصات هندسی و مکانیکی نانولوله به همراه اثرهای ناموضعی، سطحی و اینرسی دورانی، ارایه گردید. اگرچه بسیاری از محققان از اثرهای تنش سطحی و اینرسی چرخشی به طور هم زمان در تحلیل ناموضعی ارتعاشی نانوحسگر چشم پوشی کرده اند، اما این پژوهش نشان می دهد که اثرهای مذکور در مقیاس نانو، نقش زیادی در تغییر فرکانس تشدید و دقت نانو زیست حسگرهای ارتعاشی داشته اند. همچنین بر پایه پاسخ به دست آمده، شش نوع ویروس متفاوت مورد بررسی قرار گرفت که براساس آنالیز حساسیت، نانو زیست حسگر طراحی شده موفق به تفکیک تغییر فرکانس و در نتیجه تشخیص آنها شد.

در این مقاله، فرکانس ارتعاش سازه عمرانی پل به دو صورت تجربی و شبیه سازی با استفاده از مکانیزم ارتعاش سنج لیزری مبتنی بر اثر دوپلری (LDV[i]) مورد مطالعه قرار گرفته است. محاسبات با استفاده از شبیه سازی سیمیولینک [ii] نرم افزار متلب [iii] و با بهره گیری از چیدمان تداخل سنجی جهت تجزیه پرتوی لیزر به دو بازوی مرجع و اندازه گیری انجام شده است. رفتار زمانی و فرکانسی سیگنال های دریافتی برای ارتعاش سازه پل با درنظر گرفتن تمام نوفه ها اعم از نوفه های اپتیکی، نوفه های مدارات الکتریکی و محیط آزمایش محاسبه شده است. همچنین در این مقاله، به منظور ساخت دستگاه ارتعاش سنج لیزری مبتنی بر اثر دوپلر، از چیدمان اپتیکی تداخل سنجی استفاده شده است. چیدمان مورد استفاده در این آزمایش از نوع چیدمان هموداین تداخل سنج مایکلسون [iv] است. لازم به ذکر است که در این چیدمان از مدار تفاضلی جهت کاهش نوفه ها در بخش الکترونیک دستگاه استفاده شده است. همچنین، با پردازش مناسب سیگنال ها و حذف کلیه نوفه های اپتیکی، الکتریکی و محیطی، فرکانس جسم مرتعش با دقت بالا بررسی شده است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان دهنده هم خوانی قابل قبولی بین نتایج حاصل از مطالعات شبیه سازی و تجربی است که این موضوع نشان دهنده دقت بالای دستگاه در اندازه گیری ها است.

تعامل میان دانش آموز و معلم و به تبع آن عملکرد آموزشی در کلاس درس به میزان قابل توجهی تحت تاثیر وضوح گفتار معلم توسط دانش آموز است. با توجه به تاثیرپذیری شاخص تراگسیل گفتار [i] از شرایط کالبدی فضا در کنار عوامل انسانی، می توان انتظار داشت که ایجاد شرایط محیطی مطلوب در این فضاها به منظور ایجاد شرایط آکوستیکی مناسب، موجب بهبود سنجه های کمی مرتبط با وضوح گفتار و در نتیجه ارتقا عملکرد فضاهای آموزشی گردد. در مطالعات پیشین اغلب توجه محققین معطوف به تراز نوفه زمینه به عنوان یک عامل بیرونی و یا کاربرد مواد عایق و جاذب صوت در دیوارها و یا سطوح داخلی بوده و به تاثیر تغییرات طول و عرض فضاها در شرایط حجمی یکسان که دارای زمان واخنش [ii] برابر از نظر محاسباتی هستند، کمتر پرداخته شده است. بنابراین، اثرپذیری وضوح گفتار شنوندگان، با شرایط و موقعیت قرارگیری یکسان نسبت به منبع صدا در فضاهایی با طول و عرض متفاوت ولی با مساحت و حجم یکسان، هدف این مقاله است. در تحقیق حاضر تلاش گردیده با رویکردی توصیفی-تحلیلی از طریق شبیه سازی با نرم افزار ادیون [iii] جهت تولید داده لازم برای آزمون های آماری و به ویژه آزمون همبستگی به منظور بررسی اثرپذیری مقادیر شاخص تراگسیل گفتار نقاط گیرنده ثابت در فضاهایی با طول و عرض مختلف پرداخته شود. طبق یافته های حاصل از آزمون های آماری مشخص گردید که افزایش طول و همچنین افزایش فاصله بین محل گیرنده و سطوح جانبی، در فضاهای با مساحت و حجم یکسان موجب کاهش مقادیر شاخص تراگسیل گفتار شدند.

جنبش های نیرومند زمین در حوزه نزدیک گسل دارای مشخصات خاصی بوده و تاریخچه زمانی این فرایندها می تواند دارای پالس های بزرگ با پریود بلند سرعت و نیز موجک های تغییر مکان پایه با هر دو ماهیت استاتیکی و دینامیکی باشد. رکوردهای نیرومند ناشی از لرزش ها و ارتعاشات شدید زمین در حوزه نزدیک گسل های فعال، دارای قابلیت بالای آزادسازی انرژی و ایجاد جنبش های نیرومند ضربه ای و نیز توانایی شگرف در آشکارسازی پالس های بزرگ در تاریخچه زمانی هستند. بر این پایه، در جهت شناخت و مفهوم سازی جامع تر جنبش های نیرومند زمین در حوزه نزدیک گسل، می توان مدل های برازشی فرم بسته را با توجه به مشخصات ساختارهای موج گونه در تاریخچه زمانی، رابطه سازی نمود. در این مطالعه با تفسیر و کاربرد دو عبارت ترکیبی مثلثاتی، به موضوع مدل سازی ساختارهای موجی شکل موجود در تاریخچه زمانی رکوردهای حوزه نزدیک پرداخته شده است. عبارات مذکور، دارای قابلیت برازش شکل و ساختار پالس های سرعت و شتاب هستند. همچنین، روند شبیه سازی های فرم بسته به گونه ای انجام شده که علاوه بر برازش پالس های موجود در رکورد شتاب و تاریخچه زمانی سرعت زمین، ساختارهای حاصله نیز دارای شباهت هر چه بیشتر با رکورد واقعی باشد. در همین راستا، پس از مدل سازی پالس های مذکور، دامنه تغییرات انرژی جنبشی حمل شده توسط رکورد واقعی و نیز نگاشت مصنوعی، محاسبه و با هم مقایسه شده اند. نتایج این تحقیق، نشان گر قابلیت های خوب و موثر کاربردی برای مدل برازشی فرم بسته است.