افت انتقال صوت در پوسته هاي استوانه اي ساندويچي سه جداره در حضور جريان خارجي

Sound transmission loss through triple-walled sandwich cylindrical shells in the presence of external flow

در اين پژوهش با تعميم تئوري‌هاي موجود جهت پيش‌بيني افت انتقال صوت در پوسته‌هاي استوانه‌اي دو جداره طويل با لايه مياني متخلخل، افت انتقال صوت در پوسته‌هاي استوانه‌اي ساندويچي سه جداره در حضور جريان سيال خارجي به صورت تحليلي محاسبه مي‌گردد. تئوري لاو جهت بيان معادله‌هاي حاكم بر حركت پوسته استوانه‌اي سه جداره همسانگرد و نازك و روش لي بر پايه تئوري بايو براي مدلسازي انتشار موج در ماده متخلخل به كار گرفته مي‌شوند. مسئله ارتعاشات-صوت براي پيچيده‌ترين ساختار از پوسته استوانه‌اي ساندويچي سه جداره فرمولبندي شده و در كنار شرايط مرزي مناسب و با استفاده از روش ماتريس انتقال حل مي‌گردد. كل افت انتقال صوت در يك ميدان صوتي پخشنده با در نظر گرفتن اثر انعكاس داخلي امواج محاسبه شده و نتايج اعتبارسنجي مي‌شوند. سپس نتايج افت انتقال صوت در پوسته استوانه‌اي سه جداره با مدل مشابه دو جداره و هم وزن مقايسه مي‌گردد. نتايج به طور كلي عملكرد بهتر مورد سه جداره را در عايق‌بندي صدا خصوصاً در طيف فركانس‌هاي نسبتاً بالا و بالا نشان مي‌دهند. به علاوه، ده ساختار مختلف كه شامل كوپلينگ‌هاي گوناگون بين ديواره‌هاي پوسته و لايه‌هاي متخلخل است، در نظر گرفته شده تا اثر ساختارهاي مختلف پوسته ساندويچي بر خواص انتقال صوت به صورت كامل بررسي گردد. نشان داده مي‌شود ساختاري كه تعداد بيشتري از شكاف‌هاي هوا را در خود جاي داده است، عملكرد بهتري در كاهش انتقال صوت به داخل سيستم تقريباً در سراسر بازه فركانسي دارد. همچنين اثرات جريان سيال خارج از استوانه و زاويه سمتي بر افت انتقال صوت بررسي مي‌گردد.

In the present study, the available methods of predicting the sound transmission loss through infinitely long double-walled cylindrical shells with porous layer are developed to analytically compute the sound transmission loss in triple-walled sandwich cylindrical shells in the presence of an external fluid flow. Loves’ shell theory and Lee’s method based on Biot’s theory are used to describe the motions of thin isotropic triple-walled cylindrical shell and wave propagation in the porous media, respectively. The vibro-acoustic problem for the most complicated configuration of the triple-walled sandwich cylindrical shell is formulated and solved by the transfer matrix method with appropriate boundary conditions. The total transmission loss in a diffuse field is calculated and validated by considering the effect of total internal reflection. Then the transmission loss of triple-walled cylindrical shell is compared with its double-walled counterpart of the same weight. The results generally show a superior performance in sound insulation for the case of triple-walled shell, particularly at mid-high and high frequency regions. Moreover, ten typical configurations, which involve different coupling methods between the walls and porous layers, are considered to completely study the effect of various configurations on the sound transmission properties. As will be shown, a configuration with the largest number of air gaps in its structure provides better performance in the sound transmission reduction for almost the entire frequency range. The effects of external fluid flow and azimuthal angle are also studied on the sound transmission loss.