میرایی و كشسانی مواد متخلخل آکوستیکی فوم ملامین

میرایی و كشسانی مواد متخلخل آکوستیکی فوم ملامین – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه متالورژی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات رایگان

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

میرایی و كشسانی مواد متخلخل آکوستیکی فوم ملامین

میرایی و كشسانی مواد متخلخل آکوستیکی فوم ملامین

ویژگی های میرایی و كشسانی مواد متخلخل آکوستیکی: روشهای تجربی موجود و کاربرد در فوم ملامین

چکیده

مواد متخلخل آکوستیکی یا صوتی همانند فوم های پلیمر یا پشم های معدنی به طور گسترده ای در کنترل صدا و نوسان مورد استفاده قرار می‌گیرند. کارایی های آکوستیکی این مواد ممکن است تحت تاثیر خواص كشسانی و میرائی آنها قرار داشته باشند. بنابر این، امر تشخیص پارامترهایی نظیر ضریب یانگ یا ضریب پارگی / مدول برشی، نسبت‌های پواسون و ضریب‌های اتلاف مهم می‌باشد.

اولین هدف این مقاله ارائه لیست جامعی از تکنیک های موجود کنونی و مشکلات مواجهه شده با آن در زمینه ارزیابی پارامترهای كشسانی و میرایی مواد متخلخل آکوستیک می باشد. هدف بعدی به کار بردن تعداد حداکثری این روش ها در زمینه توصیف مواد متخلخل و بحث در زمینه نتایج آنها است.

در بخش اول، یک بررسی موجز از رفتارهای مکانیکی مواد متخلخل صوتی ارائه می شود. این بخش شامل بحثی در زمینه تاثیر ویسکوالاستیسیته و ناهمسانگردی می باشد که غالبا در مواد متخلخل مشاهده می شود. تشریح روشهای تجربی استفاده شده برای توصیف پارامترهای كشسانی و میرایی مواد متخلخل آکوستکیی نیز ارائه می گردد. به طور کلی، سه گروه از روشهای شبه ایستا و شش گروه از روشهای پویا یا دینامیکی عرضه می گردند. مزیت های اصلی و نقصهای آنها نیز گزارش شده و مورد بحث قرار می گیرند.

در بخش دوم، پنج مورد از روشهای ارائه شده بر روی یک فوم ملامینی مورد استفاده قرار می گیرند تا آنکه وابستگی های بسامدی و دمایی پارامترهای كشسانی و میرایی آن مشخص شود. نتایج حاصله مقایسه و مورد بررسی قرار می گیرند.

کلمات کلیدی: مواد متخلخل آکوستیکی / صوتی ، پارامترهای كشسانی، روشهای توصیفی.

میرایی و كشسانی مواد متخلخل آکوستیکی فوم ملامین

1- مقدمه

در خلال چندین سال گذشته، تعداد زیادی از روشهای تجربی جدید جهت توصیف پارامترهای كشسانی و میرایی مواد لیفی یا مواد دارای سلول های باز و فوم های پلیمری اشباع  شده هوایی پیشنهاد شده اند.

این مواد به طور گسترده ای در زمینه جذب صدا و عایق ساختمان ها، در داخل بدنه هواپیماها، در حیطه ماشین آلات مختلف و موارد دیگر مورد استفاده قرار گرفته اند. تاثیر پارامترهای كشسانی آنها (مدول یانگ یا ضریب برشی، ضریب های پواسون، ضریب اتلاف و غیره) با توجه بدان که مواد متخلخل به ساختار نوسانی پیوند می خورند قابل توجه میباشد. به هنگامی که چنین موادی با یک جداره سخت پشتیبانی شوند، ضرایب جذب این مواد ممکن است به میزان قابل توجهی تحت تاثیر رزونانس یك چهارم طول موج و هارمونی ها یا هماهنگی های آن قرار گیرند.

توسعه اخیر روش های جدید جهت ارزیابی این پارامترهای كشسانی مشخص کننده یک تلاش حقیقی به منظور مد نظر قرار دادن رفتار مکانیکی و مخصوصا رفتار ویسکوالاستیسیته مواد متخلخل می باشد. دانش پارامترهای مواد اصلی برای حاصل آوردن کنترل کیفیت و یا اعمال تصمیم های دقیق تر در زمینه عملکردهای صوتی ضروری می باشد. این تلاش همچنین معرف جستجو برای حاصل آوردن روش توصیف منحصر بفرد و یا حداقل مجموع مشخصی از روشها، متناسب برای غالب مواد صوتی می‌باشد.

در این مضمون، ما اقدام به لیست نمودن روشهای آزمایشی استفاده شده متعارف و اخیر جهت مشخص نمودن مدول یانگ و ضریب برشی ، ضرایب پواسون و ضرایب اتلاف مواد متخلخل صوتی می نماییم. نقطه تمرکز بر روی مجموعه های تجربی یا پیکر بندی های دقیق تر آزمایشی بجای روش های کلی استفاده شده جهت مشخص نمودن پارامترهای مواد از طریق انجام رویه های سنجشی خواهد بود. غالب روش های آزمایشی تشریح شده در اینجا در حقیقت جز روش های انطباقی و تکنیک های به کار گرفته شده برای مواد پلیمری و فلزات به منظور ارزیابی مدول یانگ و ضرایب اتلاف خواهند بود که به ترتیب در محدوده  از تقریبا  10³ تا 10⁷Nm^-2  و از  10² تا 1 می‌باشند.

مدل های ساختاری که غالبا برای فوم های پلاستیکی، به واسطه احتمال تغییر فرمولاسیون شیمیایی ساختار آنها درطی فرایندهای فومینگ و احتمال انتقال های فازی، متناسب نیستند در این مبحث بررسی نمی شوند.

در ابتدا یک بررسی مختصر در زمینه رفتار مکانیکی مواد متخلخل ارائه خواهد شد. این روشها سپس به دو کلاس تشریح و طبقه بندی می گردند: روش های شبه استاتیک / ایستا که در آن تاثیرات ماندی نادیده انگاشته شده و روشهای دینامیکی / پویا که غالبا به صورت تشدید كننده خواهند بود. مزیتها و نقص های هر یک از این روشها ارائه شده و در بخش 4خلاصه خواهند شد. بخش آخر مسائلی که هنوز باید اقدام به حل آنها نمود را مورد بحث قرار می دهد.

در بخش دوم، پنج مورد از روش های مربوطه برای مطالعه رفتار ویسکوالاستیسیته فوم ملامین و بررسی وابستگی های بسامدی و دمایی پارامترهای كشسانی آن مورد بحث قرار می گیرند. نتایج این ویژگی‌ها نیر مقایسه و بررسی خواهند شد.

میرایی و كشسانی مواد متخلخل آکوستیکی فوم ملامین

2- رفتار مکانیکی

درک خواص مکانیکی مواد متخلخل، مخصوصا مواد ویسکوالاستیکی و گروههای متقارن آن( همسانگردی، همسانگردی عرضی / متقاطع ، ناهمسانگردی، غیره) بعنوان مرحله اولیه در زمینه توصیف حالت كشسانی و میرایی این مواد  بشمار می‌آید.

در این مقاله، ما عمدتا بر روی فوم های پلیمری متمرکز می شویم که غالبا نشان دهنده یک گذر فازی در فرکانس و حوزه های دمایی استفاده متعارف می باشد (Hz [8000- 20] و [50- الی 50+] درجه سانتیگراد). این تبدیل فازی در ارتباط با تصحیح قابل توجه خواص كشسانی و میرایی فوم ها می‌باشد.

1-2. خاصیت ویسکو الاستیکی

رفتار ویسکوالاستیک فوم های پلیمر تشكیل دهنده یك حالت میانجی بین وضعیت كشسانی خالص جامد و حالت مایع ویسکوز ایده آل می باشد. بنابراین چنین موردی منجر به یک پاسخ مکانیکی وابسته به زمان می گردد. به علاوه، پدیده مواجهه شده در زمینه مواد ویسکوالاستیک جامد نیز با مبحث مواد متخلخل که دارای چارچوب پلیمری هستند تحت پوشش قرار میگیرند:

• در صورتی که تنش به صورت ثابت حفظ شود، کرنش با توجه به زمان افزایش خواهد یافت (تاثیر خزش )،

• در صورتی که کرنش ثابت باشد، تنش با توجه به زمان کاهش خواهد یافت (تاثیر رهایی یا تنش زدایی)،

• سختی موثر منوط به میزان کاربرد بار می‌باشد،

• در صورتی که بارگیری چرخه ای به کار گرفته شود، یک پسماند / افت مغناطیسی موجب انتشار / پراكندگی انرژی مکانیکی می‌شود.

شکل 1معرف رفتار ویسکو الاستیکی فوم ملامینی می باشد که در شکل 3 به هنگام برآورد میزان ارتقای تنش در برابر کرنش برای یک دفرمه شدگی نرخ کرنش ثابت مشخص شده است ( این تکنیک به منظور حاصل آوردن اطلاعاتی به کار گرفته شده است که در بخش 2-3 تشریح شده است). سه ناحیه را می‌توان بر مبنای این شکل مشخص ساخت:

• ناحیه 1: ناحیه خمشی خطی. در این ناحیه محدود به کرنش های کوچک، سلول های فوم حالت خمشی و کشیدگی می یابند (پارامترهای كشسانی در این ناحیه اندازه گیری می‌شوند).

• ناحیه 2: ناحیه کمانشی. تنش به صورت آهسته ای با توجه به کرنش و بواسطه کمانش سلول های فوم افزایش می یابد.

• ناحیه 3: ناحیه چگالش. سلول ها به طور کامل تخریب شده و فوم به عنوان یک ماده جامد رفتار می نماید.

2-2. ناهمسانگردی و ناهمگنی

به طور طبیعی مواد لیفی از نقطه نظر مکانیکی ناهمسانگرد می باشند. فوم ها نیز همچنین در معرض ناهمسانگردی به واسطه تاثیرات گرانشی هستند که در طی غالب فرایند های شایع استفاده شده در فوم سازی رخ می‌دهد. علی الخصوص ، آنها ممکن است نشان دهنده یک رفتار ناهمسان یا همسان عرضی باشند، سلول های فوم در مسیر انبساط فومی گسترش می یابند. با این وجود، علی رغم این موارد، روش های اندکی پدیده ناهمسان گردی را به حساب می آورند.

در ذیل، E_i به ضریب یانگ یک ماده برای مسیر i  اشاره دارد، G_ij نیز به ضریب برشی برای سطح  i-j دلالت داشته و v_ij به ضریب پواسون مرتبط با یک کرنش در مسیر زیروند ثانویه دلالت دارد که نتیجه حاصله از یک تنش به کارگرفته در مسیر اولین زیروند خواهد بود.

علاوه بر ناهمسانگردی، یک ناهمگنی فضایی را می توان مخصوصا برای نمدها یا مواد ترکیب شده از محصولات بازیافتی مشاهده نمود. جهت محدود نمودن تاثیرات بالقوه ناهمسانی فضایی، نمونه های فوم استفاده شده در کلیه آزمایشات در بخش دوم ( بخش5)، از  بلوك مشابه و هم اندازه كوچك بریده شدند.

میرایی و كشسانی مواد متخلخل آکوستیکی فوم ملامین

3- تشریح روش ها

روش های تشریح شده از این به بعد برای توصیفات ارتجاعی و میرایی فوم های آکوستیک به دو دسته تقسیم می شوند:روش های شبه استاتیک / شبه ایستا و روش های دینامیکی / پویا.

روش های شبه استاتیک یا شبه ایستا، که برای آن تاثیرات ماندی نادیده انگاشته می‌شوند، برای فرکانس هایی که بسیار کوچکتر از اولین فرکانس رزونانس سیستم مد نظر هستند معتبر خواهند بود. یک فرضیه كوپلینگ كم بین فازهای ماده همچنین دراین مبحث تصور می شود.مواد متخلخل بر این مبنا به عنوان رسانه جامد مدل سازی می گردند. سه گروه روشهای شبه استاتیک بر حسب نوع بارگیری آنها مشخص می شوند: تراكمی، پیچشی و برشی مطلق (بترتیب به بخش های 1-3 و 3-3رجوع شود).

روشهای دینامیک یا پویا مسئول تاثیرات اینرسی / ماندی به حساب آمده و بنابر این در محدوه های فرکانس بالاتر و غالبا پهن تر معتبر می باشند. تشریح های شش گروه روش های دینامیکی را می‌توان به ترتیب در بخش های 4-3  الی 9-3 یافت.

ذکر این نکته ضروری می باشد که به واسطه میزان اطلاعات، این روش ها تنها به صورت موجز تشریح می‌شوند. نویسنده ها ترجیح میدهند تا به مباحث مرتبط رجوع داشته تا اینکه اطلاعات جامعی را در زمینه اكتساب داده و پردازش اطلاعات برای کلیه روش های عرضه شده حاصل نمایند.

1-3. آجر تحت بار تراکمی تک محوری، ناحیه شبه استاتیک

شکل 2 الف معرف شکل گیری تراکمی می‌باشد که به وسیله Mariez و همکاران تشریح شده است. یک نمونه فوم مکعبی در بین دو سطح سخت موازی قرار داده شد. سطح پایینی با استفاده از دستگاه تکان دهنده الکترودینامیکی به صورت محوری تحریک شده و سطح بالایی آن نیز به صورت ثابت محكم شد. این سطوح با استفاده از کاغذ سمباده جهت ممانعت از لیز خوردگی نمونه در برابر یکدیگر پوشش داده شدند. این شرایط مرزی اجازه حاصل آوردن شرایط گیره ای متناسبی بدون کاربرد چسبی خاص برای نگهداری سطوح را خواهد داد. دفرمه شدگی تحمیلی از نوع  خواهد بود، جایی که t متغیر زمانی میباشد، و  کرنش استاتیک تثیبت شده جهت اجتناب از یک سطح ناهمگن نمونه متخلخل است( که به طور آشکار برای فوم ملامین که در بخش 1-5 تست شده است مشخص می باشد)،  نیز دامنه یک کرنش هماهنگ است.

توصیف كشسانی در دو مرحله مشخص می گردد. در ابتدا جابجایی به بار آمده و یک جابجایی عرضی حاصله به وسیله تاثیر پواسون در مسیر عمودی با استفاده از ویبرومتر لیزری مورد اندازه گیری قرار گرفت. مرحله اول اجازه ارزیابی ضرایب پواسون را خواهد داد. در مرحله دوم، برآورد سختی نمونه از طریق نیروی تراکم اندازه گیری شده و جابجایی تحمیلی انجام گرفت. ضرایب پیچیده یانگ در مسیر تراکم تک محوری، E با استفاده از روش معکوس بر مبنای نتایج از قبل محاسبه شده کد عنصر محدود جامد سه بعدی استاتیک مشخص شد. عملیات برآورد را می توان تکرار نموده و مسیر مشاهده را برای اندازه گیری ضرایب پواسون و مسیر تراکم تک محوری، جهت ارزیابی مدول پیچیده یانگ در فضای سه بعدی، تغییر داد.

2-3. استوانه تحت بار پیچشی، رژیم شبه استاتیک

یکی از موارد قابل توجه آزمایش پیچشی در مقایسه با آزمایش تراکم تک محوری قبلی آن است که چنین آزمایشی از یک حجم ثابت مواد در طی بارگیری اطمینان می دهد. در نتیجه، کوپلینگ/ جفت شدگی سیال- سازه را می توان به میزان کمتری برای این روش در مقایسه با آزمایشات تراکمی قبلی در نظر داشت.

مجموعه آزمایشی برای این تست، که در شکل 2 ب تشریح شده است، کاملا مشابه با آزمایش تراکم تک محور می باشد، به جز آنکه یکی از سطوح به صورت یکنواخت در مرحله پیچشی تحریک شده و نمونه نیز به شکل استوانه ای می‌باشد. تنش  و کرنش کنشی حاصل آمده از برآوردهای گشتاور و مبدل‌های جایگزینی زاویه ای جهت محاسبه ضرایب برشی پیچیده G مورد استفاده قرار گرفت. تشریح تفصیلی این مجموعه آزمایشی که ادوات تجاری نیز برای آن در نظر گرفته شده اند به وسیله Etchessahar و همکاران ارائه گردیده است. بخش 2- 5 نشان دهنده نتایج حاصله به هنگام کاربرد این روش برای یک فوم ملامین می باشد.

3-3. لایه تحت بار برشی خالص، رژیم شبه استاتیک

ضریب پیچیده برشی یک ماده را میتوان با استفاده از آزمایش برشی خالص مورد ارزیابی قرار داد. تشریح کامل یک مجموعه برآوردی و کاربرد آن در یک فوم پلی اورتان سلول باز در [14] ارائه شده است. دو لایه ماده همراه با ابعاد یکسان به صورت ساندویچی بین سه صفحه فلزی موازی قرار گرفتند (شکل 2ج). دو صفحه خارجی به یکدیگر متصل شده و بوسیله یک همزن به صورت یکنواخت تغییر شكل داده شدند. جایگزینی عمودی، u، این صفحات با استفاده از یک شتاب سنج یا یک حس گر جایگزینی القایی برآورد شد. یک مبدل نیرو در بین ناحیه بالایی صفحه وسطی و چارچوب پشتیبان قرار داده شده که برای برآورد نیروی انتقالی F بکار گرفته شد. در نهایت، ضرایب برشی پیچیده از نسبت برآورد F/u تحت این فرض حاصل آمد که ضخامت نمونه ها در مقایسه با ابعاد دیگر آن کوچک می باشد.

4-3. تیر با نوسانات طولی

مدول پیچیده یانگ E_i ، را می توان از تحلیل کیفی یک نمونه تیر مانند که دارای نوسانات طولی می‌باشد حاصل آورد. این مقوله آزمایشی در شکل 2د مشخص شده است.

اولین کاربرد در زمینه یک فوم سلول – بسته به وسیله Pritz ارائه شده است. ضرایب پیچیده یانگ E از طریق راه حل تحلیلی برای فرکانس های رزونانس و دامنه های رزونانس معادله موج تک بعدی مورد ارزیابی قرار گرفت. ماده متخلخل به عنوان یک جامد هم ارز در این مدل سازی پایه مشخص شد. جایگزینی های فاز سیال برای این مدل با توجه به محدوده فرکانس پایین در نظر گرفته نشده است.

جهت به حداقل رساندن تاثیرات ویسکوترمال، به هنگام کاربرد این روش برای یک ماده سلول باز، Sfaoui  امر برآورد در خلاء را پیشنهاد نمود. حداقل این موضوع جهت تست موادی پیشنهاد شد که دارای مقاومت گردش یا جریان هوایی استاتیکی بسیار زیاد یا بسیار پایین هستند و بعلاوه دارای چگالی های بالا جهت محدود نمودن تاثیرات پراکنده سازی ویسکو- اینرسی به هنگام برآورد در هوا می باشند.

5-3. آجر تحت بار تراکمی تک محوری، رژیم دینامیکی

آزمون تراکم تک محوری شبه استاتیک که در شکل 2 الف و بخش 1-3 تشریح شده است را می‌توان برای یک سیستم فنری – حجیم  به کار گرفت. سطح ثابت بوسیله یک حجمی که دارای وزن مشخصی دارد جایگزین خواهد شد. ارزیابی های پارامترهای كشسانی برای ماده تحت بررسی از طریق مطالعه اولین روزنانس فنری حجیم  چنین سیستمی مشخص می گردد. در ابتدا، سختی دینامیکی نمونه ماده در فرکانس روزنانس محاسبه شده و سپس ضریب پیچیده یانگ در مسیر تراکم تک محوری با استفاده از تکنیک محاسباتی مشابه همانند روش تشریح شده برای روش شبه استاتیک 2الف استنتاج می گردد. از اندازه گیری های مرتبط با دو نمونه دارای ابعاد مختلف، یک ارزیابی ضریب پواسون را نیز می توان انجام داد (این ماده هنوز نیز به صورت همسانگرد می باشد).

لازم است تا در انتخاب نمونه با توجه بدان که حجم مربوطه ممکن است در مورد ماده ناهمگن دچار چرخش شود دقت کافی را اعمال داشت. چنین پدیده ای منجر به بوجود آمدن و تحریک دیگر مدهای نوسانی در بسامدهای طبیعی می شود که ممکن است نزدیک به مدهای نوسانی حالت فنری حجیم باشد. چنین حالتی غالبا منجر به ویژگی های غیر مشخصی خواهد شد. بررسی قابل توجهی در این زمینه و مواردی دیگر که در مبحث فوم ملامین انجام شده اند به وسیله Guastavino  و همکاران در [21] ارائه شده است.

6-3. تیر تحت نوسانات خمشی

یک نمونه تیر را می توان تحت نوسانات خمشی همانگونه که در بخش F شکل 2نشان داده شد مورد آزمایش قرار داد. در این روش، که حاصله از روش Oberst می باشد، یک مخلوط کن یا همزن در مرکز تیر فلزی پایه قرارداده شده که از لایه فومی پشتیبانی نموده و سبب جایگزینی عرضی میشود. یک لرزه سنج لیزری اقدام به سنجش سرعت عرضی تیر پایه در یک نوک آزاد می نماید.

تشخیص ضرایب یانگ ماده و ضریب اتلاف در مسیر محور تیر با محاسبه معکوس انجام شده است. با این وجود، جهت مشاهده یک رویه تصحیح قابل توجه در رفتار نوسانی تیر فلزی پایه، ضخامت ماده می بایست بر فرضیه های مدل  Ross Kerwin  و Ungar فائق آید بر این مبنا محاسبات عددی مورد نیاز خواهند بود.

7-3. سطح تحت نوسانات خمشی

 Etchessahar و همکاران امر مطالعه نوسانات یک سطح منفذ دار که بر روی یک گیره مستقل نگه داشته شده است را جهت ارزیابی پارامترهای كشسانی و میرایی مواد پیشنهاد نمودند. تناسب سری‌های Prony  جهت مشخص نمودن پارامترها در بسامدهای رزونانس پیشنهاد شد. با این وجود، مشکل تجربی پیش روی برای بکارگیری یک نیروی نقطه ای بر روی رسانه متخلخل منجر شد تا  Etchessahar و همکاران بدین نتیجه برسند که یک پیکربندی دو لایه ای از اهمیت بیشتری برخوردار خواهد بود.

Jaouen و همکاران چنین پیکربندی را در [24] ارائه نمودند. لایه ماده متخلخل به یک سطح فلزی متصل شده است. همزن اقدام به وارد آوردن بار نقطه عرضی بدین صفحه فلزی پایه می نماید. نیروی ورودی بر روی این سطح با استفاده از یک مبدل نیرو اندازه گیری شده و سرعت آن نیز با استفاده از یک لرزش سنج لیزری و یا با استفاده از یک مجموعه ای از سیگنال سرعت سنج نوری مشخص شد.

یک مدل ساده، بر مبنای فرمولاسیون فشار جایگزینی ترکیبی تئوری Biot–Allard جهت پیش بینی رفتار نوسانی این سطح کامپوزیت در فرکانس های پایین تر (برای اولین بسامدهای رزونانس) به کار گرفته شد. سطح پایه و فاز جامد متخلخل به عنوان یک سطح ویسکو الاستیک هم ارز مشخص شدند. فاز مایع و کوپلینگ / مزدوج شدگی آن با یک فاز جامد نیز به حساب آمدند. لایه الاستیکی منفذی به صورت همسانگرد مشخص شد.

8-3. روشهای مبتنی بر تحریك صوتی

روشهایی كه  مبتنی بر تحریكات صوتی نمونه های مواد می باشند نیز پیشنهاد گردیده اند. غالب این روشها از مزیت اولین ربع طول موج رزونانس در ضخامت یك لایه متخلخل استفاده می نمایند كه به یك پشتیبان سخت چسبیده می شود.

Sellen  از ارزیابی های ضریب یانگ، ضریب اتلاف و ضریب پاسون در زمینه مواد را از طریق تناسب سطح امپدانس و برآوردهای جذب صدا در یك لوله  موج ایستا همراه با نتایج شبیه سازی شده از یك مدل  پرواِلاستیك (الاستیسیته منفذدار) همسانگرد كامل را ارائه نموده است. شرایط كرانه ای محیطی دقیق این نمونه درلوله كه به میزان زیادی بر روی نتایج ثاثیر دارد به عنوان نقص عمده این روش محسوب می شود كه می توان با اطمینان مرتبه بزرگی پارامترهای الاستیكی را مشخص نمود.

 درعین حال، Gareton  و همكاران روشی را برمبنای برآورد امپدانس سطح صوتی نرمال یك نمونه مواد بزرگ و ضخیم كه به وسیله یك جداره سخت پشتیبانی می شود با استفاده از یك سطح جامد، دریك میدان فشار صوتی آزاد، كه به وسیله فشار صوتی مونوپول تولید شده است، بارگیری گردیده است را عرضه می دارد.

9-3. روشهای مبتنی بر برآورد سرعت

Allard  و همکاران در سال 2002 روشی را برای ارزیابی یک ضریب برشی  از مطالعه موج سطحی ساختار Rayleigh  بر روی مواد متخلخل مطرح نمودند. علیرغم آنکه این روش، همانند غالب روشهای صوتی که قبلاً ارائه شده اند، دارای مشکلاتی می‌باشد، جهت نمونه های بزرگ، چنین روشی اجازه ارزیابی مدول كشسانی در فرکانس های بالاتر از روشهای عادی راخواهد داد: از 2 الی 4 هرتز.  این روش بعداً به سمت فرکانس های پائین تر یا نمونه های نازک تر گسترش داده شد.

درسال 2005، Boeckx و همکاران روشی را پیشنهاد نموده اند که اجازه ارزیابی برشی پیچیده و یک ضریب پواسون پیچیده در محدوده فرکانس تقریبی 200 الی1300هرتز را می‌داد. شکل i2 معرف شماتیک اجزای تجربی می باشد. ناحیه انتهایی و بخش پایانی یک لایه نمونه بزرگ با یک نوار دو طرفه به یک سطح فلزی سخت چسبیده شد. طرف متضاد  با کاربرد فرکانس های متفاوت به صورت پهنای آن با استفاده از به یك نوار فلزی بزرگ كه به یك همزن متصل بود تحریك گردید، به گونه ای كه كل لبه به صورت همزمان تحریك شد. جایگزینی های عمودی در ناحیه هماهنگ كه ناشی از تحریك سطح آزاد بالایی نمونه می باشد با استفاده از یك لرزه نگار لیزری درامتداد خط، از ناحیه انتهایی تحریك شده تا ناحیه بدون حركت، مورد سنجش قرارگرفت.

میرایی و كشسانی مواد متخلخل آکوستیکی فوم ملامین

4- خلاصه و مباحث

جدول 1 محدوده های فرکانس، محدوده های دمایی و اندازه های نمونه که غالبا برای روش های ارائه شده مشاهده می شوند را خلاصه نموده است. محدوه های دمایی ممکن است محدود به مبدل‌های استفاده شده باشند. علی الخصوص، مخلوط کن ها و سرعت دهنده ها غالبا یک محدوده استفاده دمایی باریکی دارند.

جدول 2 نشان دهنده شرایط و روش ها و معرف مزیت های اصلی یا نقص های اصلی آنها می‌باشد.

با تجزیه و تحلیل جدول 1 و2 این موضوع مشخص است که نمی توان هیچگونه روش منحصر به فردی را جهت ارزیابی دقت پارامترهای كشسانی و میرایی کلیه مواد متخلخل صوتی بکار گرفت. به علاوه، تعدادی از مسائلی که باید بدان ها توجه شوند نیز را می توان لیست کرد.

جدول 1. گروههای روشی، فرکانس تقریبی و محدوده های دمایی استفاده، شکل و اندازه نمونه

میرایی و كشسانی مواد متخلخل آکوستیکی فوم ملامین

5- کاربرد در فوم ملامین

به منظور آزمایش قدرتمندی برخی از روشهای ارائه شده قبلی، 5 نمونه از آنها جهت ارزیابی ضرایب یانگ یا مدول برشی و ضریب اتلاف فوم ملامین مورد بررسی قرار گرفتند. بر این مبنا این ماده سبک، مقاوم در برابر حرارت و شعله، همراه با سلول باز را می‌توان برای جذب صدا یا عایق صدا در ساختمان ها و حمل ونقل، مورد استفاده قرار داد. فوم های ملامین را می توان در گوشه های اتاقها با قابلیت عدم انعکاس صوت یا در داخل بدنه هواپیماها به کار گرفت.

انتخاب یک فوم ملامین را می بایست از این نقطه نظر مورد بررسی قرار داد که فرایند تولید این ماده به خوبی کنترل شده باشد و این فرایند خواص كشسانی را نیز به خوبی درنظر گرفته تا آنکه بتوان روشهای ارائه شده در بخش اول این مبحث را تحت پوشش قرار داد. به علاوه، نمونه ها باید به راحتی از این ماده قابل جدا شدن باشند.

شکل 3 نشان دهنده تصویر مورفولوژی سلولی این ماده می باشد.

ذیلا، مسیرهای طولی / محوری یکسان 1، 2 و3 جهت مشخص سازی جهت کلیه نمونه های فومی مورد استفاده قرار می گیرند. زیر نویس های 1، 2 و3 به مقداری اشاره دارند که در یکی از این مسیرها برآورد یا اندازه گیری شده اند.این نمونه ها همگی از یک بلوک اندازه کوچک فوم ملامینی بریده شده اند تا آنکه از ناهمگنی فضایی تا حد ممکن جلوگیری شود.

توجه داشته باشید که مطالعه قابل توجه ناهمگنی و ناهمسانگردی این ماده اخیرا به وسیله Guastavino و همکاران منتشر شده است.

1-5. آجر تحت بار تراکمی، ناحیه/ رژیم شبه استاتیک

روش تشریح شده در بخش 1-3 در مورد یک نمونه 40×40×40 میلی متر مکعب فوم ملامینی مورد استفاده قرار گرفت (البته به صورت دقیق تری روش استفاده شده  در اینجا روشی است که بوسیله Mariez و همکاران تشریح شده است). شکل 4 نشان دهنده گوناگونی های ضریب یانگ E₃ و ضریب اتلاف  همراه با کرنش استاتیک  می‌باشد.

حوزه خطی برآورد برای خواص كشسانی برای یک کرنش استاتیک  مساوی با 2درصد حاصل شده است (ضخامت سطح غیر یکنواخت بر این مبنا در حول و حوش 8/0 میلی متر تخمین زده شده است).

نتایج ارزیابی ضریب یانگ E_i  و ضرایب اتلاف  در 18درجه سانتی گراد برای سه مسیر طولی 1، 2 و3 نمونه مشابه فوم ملامینی در شکل 5 مشخص شده است. این مقادیر موکد ناهمسانگردی كشسانی فوم ملامین و دقیق تر از آن این موضوع می باشد که این ماده دارای تقارنی نزدیک به یک نوع ارتوتروپیك/ ناهمسانی می باشد ( با فرض آنکه محور اصلی ماده موازی با مسیرهای مکعبی 1، 2 و3 باشد). دقت نتایج حاصله برای چنین ماده همسانی با توجه بدین روش، بر مبنای مدل ایزوتروپیك/ همسانگردی در بخش 6-5 مورد بحث قرار خواهد گرفت.

2-5. استوانه تحت بار پیچشی، ناحیه/ رژیم شبه استاتیک

اندازه گیرها برای فوم ملامین، در دماهای از 0 الی40درجه سانتی گراد، با استفاده از دستگاههای تجاری Rheometric Scientific RDA II در شکل 7 و 8 گزارش شده است (شکل 1همچنین نشان دهنده برآوردهای حاصله از این دستگاهها می باشد). شعاع و بلندی نمونه های استوانه ای استفاده شده به ترتیب 31 و10میلی متر می باشند.

می توان اینگونه ذکر کرد که مرتبه بزرگی برای ضرایب برشی پیچیده G₂₃ در 24 درجه سانتی گراد و 2هرتز، به طور مثال، سازگار با مرتبه بزرگی ضریب یانگ پیچیده ارزیابی شده با استفاده از آزمون تراکم شبه استاتیک در دمای 18درجه سانتی گراد و 7 هرتز می‌باشد. این نقطه قابلیت کنترل نمودن سازگاری اولیه را فراهم آورده و این نقطه را یادآور می‌شود كه برای مواد ویسکوالاستیکی، وابستگی‌های فرکانسی ماژول برشی پیچیده و ضریب یانگ پیچیده مشابه یكدیگر هستند.

3-5. تیر تحت نوسانات طولی

شکل 10 و11 نشان دهنده نتایج حاصله با این روش کاربردی با استفاده از یک تیر فوم ملامین با سطح مقطع 10×10 میلی متر مربع و پهنای 185میلیمتر به صورت مارکهای مربعی می باشد.

با وجود آنکه فوم ملامین یک ماده سلول- باز است، این روش نتایج متناسبی را با توجه به تئوری ویسکوالاستیسیته برای دو روش اول بر جای می گذارد. مدل استفاده شده در [30]، که فاز سیال مواد را به حساب نمی آورد، معرف محدودیت هایی با توجه به افزایش فرکانس و به هنگامی است که فاز سیال و جفت شدگی آن با فاز جامد قابل اغماض نباشد. یک مدل کلی تر رسانه متخلخل سلول- باز، همانند مدل Biot–Johnson–Champoux–Allard جهت به حساب آوردن اینرسی، ویسکوز و تعاملات حرارتی بین ماده دو فاز و تاثیرات آن بر روی واکنش نوسانی نمونه مد نظر خواهد بود.

نتایج حاصله از این روش متعاقبا بحث شده و با نتایج حاصله از دو روش ذیل در بخش 6-5 مقایسه می شوند.

4-5. تیر تحت نوسانات خمشی

شکل  10و11 نشان دهنده نتایج روشی می باشند که برای فوم ملامین در دمای 20درجه سانتی گراد و به صورت مارکهای مثلثی به کار گرفته شده است.

5-5. سطح / صفحه تحت نوسانات خمشی

نتایج این روش که برای فوم ملامین در دمای 20 درجه سانتی گراد به کار رفته است در شکل     10و11 به صورت مارکها/ علایم مربع شكل نشان داده شده است. صفحه آلومینیوم پایه استفاده شده دارای سایز  می‌باشد و نمونه فوم نیز به ضخامت 4/25میلیمتر است.

6-5. مقایسه نتایج

در این مرحله، تطابق نتایجی بین شکل های 10و11 که از روشهای مختلفی حاصل شده است به چشم می‌خورد. سیر تکامل این ماژول دارای پیوستگی با تئوری ویسکو الاستیسیته می باشد ( این ماژول با توجه به فرکانس در یک دمای مشخص افزایش می یابد). ارزیابی های مرتبط با یک مسیر مرتبه بزرگی یکسانی داشته و به علاوه این ارزیابی ها نزدیک یه یکدیگر می باشند. این نتایج، که به طور اولیه در [23] منتشر گردید، همچنین سازگار با نتایج ارائه شده در [9] در دمای تقریبی 21 درجه سانتی گراد می باشد.

با این وجود، دو نظریه در باب این نتایج قابل توجه می باشند. در ابتدا، در محدوده فرکانسی بالا در زمینه استفاده از غالب روشها، افزایش ضریب كشسانی و عوامل اتلاف، به نظر مهم جلوه می نمایند. چندین دلیل را می توان جهت تشریح این مشاهده در نظر داشت که در بین آنها می توان به نکات ذیل اشاره نمود.

میرایی و كشسانی مواد متخلخل آکوستیکی فوم ملامین

6- نتیجه گیری

روشهای تجربی موجود برای توصیف خواص كشسانی و میرایی مواد متخلخل صوتی، پس از یک بررسی موجز رفتار مکانیکی (ویسکوالاستیک، نا همسانگردی و ناهمگنی ) این مواد، مخصوصا برای فوم های پلیمری و مواد لیفی، ارائه شده اند.

این روشها به دو دسته (روشهای شبه استاتیک/ ایستا و روشهای دینامیکی/ پویا) یا به 9 گروه منوط به وضعیت نوسانی یا نوع بار آنها، تقسیم می شوند. مزیت ها و نقص های اصلی هر روش به طور منفرد مورد بحث قرار گرفته و تعدادی از مسائل کلی گزارش شده اند. نقاطی که نیازمند توجه می‌باشند به شرح ذیل هستند:  (1) یک فرض معمول و اشتباه در زمینه ضرایب حقیقی و ثابت پواسون در یک پهنای فرکانسی بزرگ، (2) تاثیر غیر قابل اغماض فاز سیال حتی در فرکانس های پایین تقریبی 100 هرتز و بیشتر، (3) تاثیرات لایه چسبنده بین ادوات و نمونه ماده که به ندرت به حساب می آیند (4) تحقیقات بسیار اندکی جهت توجه به نا همسانگردی مواد انجام شده است.

 درنهایت، پنج نمونه از این روشها در فوم ملامینی، جهت بررسی وابستگی های فرکانسی و دمایی پارامترهای كشسانی، بكار گرفته شدند. انحراف های بین نتایج حاصله از روشهای آزمایشی مختلف گزارش شد. این مقادیر را نمی‌توان به مواد دیگر تعمیم داد، اما ارائه دهنده یک ارزیابی اولیه در زمینه دقت پارامتر ها می باشد. تست های بین آزمایشگاهی نیز همچنین ممکن است بر روی مواد بیشتری انجام شوند تا آنکه ارزیابی‌های بهتری در زمینه سو گیری و خطای هر یک از روشهای توصیفی اعمال شوند.

میرایی و كشسانی مواد متخلخل آکوستیکی فوم ملامین