حل سه بعدي ارتعاشات آكوستيكي يك پوسته‌ استوانه‌اي در مجاورت يك جريان فروصوت

Three-dimensional elasticity solution for vibro-acoustic behavior of cylinder in the presence of subsonic flow

در اين مقاله افت انتقال صوت از يك پوسته استوانه­اي جدار نازك با طول بي‌نهايت با استفاده از تئوري سه بعدي الاستيسيته مورد تجزيه و تحليل قرار مي‌گيرد. پوسته بوسيله يك موج صوتي صفحه­اي تحريك مي­شود درحاليكه در مجاورت يك جريان خارجي قرار دارد. درگام نخست معادلات حركت استوانه در سه راستا بدست آمده است. با استفاده از تجزيه هلمهوتز، معادله حركت را به دو معادله موج مجزا تجزيه كرده و با حل جداگانه هركدام از اين معادلات مي­توان ميدان جابجايي و تنش را بدست آورد. اين روش رفتار ارتعاشي پوسته ها را نسبت به ديگر تئوري­ها از جمله تئوري كلاسيك و مرتبه اول و سوم برشي، به دليل در نظر گرفتن از اثرات چرخش و برش، دقيق تر توصيف مي كند. به منظور صحت سنجي، نتايج مطالعه حاضر با نتايج تئوري­ كلاسيك مقايسه شده است. قابل مشاهده است كه نتايج اين تحقيق و تئوري­ كلاسيك با يكديگر همخواني خوبي دارند. همچنين تئوري كلاسيك به علت چشم پوشي از اثرات چرخش و برش در فركانس­هاي بالا از دقت خوبي برخوردار نيست. نتايج نشان مي­دهد كه با افزايش ضخامت پوسته، به دليل افزايش سفتي خمشي پوسته افت انتقال صوت افزايش يافته است. عدد ماخ به علت ايجاد سفتي منفي باعث كاهش افت انتقال صوت در ناحيه سفتي كنترل مي­شود و بالعكس به­علت ايجاد دمپينگ در سازه باعث افزايش افت انتقال صوت در ناحيه جرم كنترل مي شود . علاوه براين افزايش عدد ماخ منجر به افزايش فركانس­هاي بحراني و انطباقي مي­گردد. كليدواژه‌ها

In this paper, the Three-dimensional (3-D) theory of elasticity has been used for sound transmission loss (TL) of a thin-walled cylindrical shell with infinite length. This structure is excited by an obliquely plane wave. Governing equations of the thin shell have been derived in radial, axial, and circumferential directions. Then, Helmholtz decomposition is applied to solve the equations. Therefore, the displacement field is considered in terms of Lame potential functions This method describes the vibrational behavior of the shells more accurately than other theories, including the classical theory and the first and third order of shear, due to the consideration of the effects of rotation and shear. A comparison of the present method results with those obtained from classical shell theory (CST) indicates an excellent agreement. However, at the high frequencies the classical encounter insufficient accuracies as a result of increasing the rotational terms as well as shear wave effects. The results show that with increasing shell thickness, due to increased flexural stiffness of the shell, the sound transmission loss has increased. By increasing the Mach number, due to the negative stiffness, reduces the sound transmission loss in the stiffness-controlled region and conversely increases the sound transmission loss in the mass-controlled region due to damping in the structure. Finally, it is shown that the critical and coincidence frequencies increase with the growing up Mach number.