افت انتقال صوت در يك پوسته استوانه‌اي ساخته شده از مواد مدرج تابعي با وصله‌هاي پيزوالكتريك

Sound Transmission Loss of a Sandwich Cylindrical Shell with Piezoelectric Patches and Functionally Graded Materials Core

در اين پژوهش، به بررسي افت انتقال صوت در يك پوسته استوانه‌اي ساخته شده از مواد مدرج تابعي همراه با وصله‌هاي پيزوالكتريك با استفاده از نظريه ميدان جابجايي برشي مرتبه اول پرداخته شده است. همچنين فرض شده است كه پوسته استوانه‌اي ساخته شده از مواد مدرج تابعي تركيبي از سراميك و فلز باشد و به‌وسيله مدل تابع تواني، خواص مواد در جهت ضخامت آن متغير در نظر گرفته شده است. قابل‌ذكر است كه از وصله‌هاي پيزوالكتريك در بيرون و داخل پوسته به‌عنوان عملگر و سنسور استفاده شده است. كل سازه در يك محيط آكوستيكي حاوي هوا غوطه‌ور است و تحت برخورد امواج آكوستيكي با زاويه برخورد مشخص قرار گرفته است. معادلات ديناميكي سازه با استفاده از فرضيه ميدان جابجايي برشي مرتبه اول پوسته‌ها، اصل هميلتون و شرايط مرزي سيال/سازه استخراج شده‌اند. با استفاده از سري فوريه، فشار‌هاي صوت برخوردي، برگشتي و خروجي و جابجايي‌هاي پوسته، معادلات ديناميكي گسسته‌سازي شده و به فرم ماتريس حالت ارائه شده‌اند. بعد از اعتبارسنجي نتايج، نهايتاً اثرات ولتاژ اعمالي از طرف وصله‌هاي پيزوالكتريك، درصد مواد مدرج تابعي، تعداد وصله‌هاي پيزوالكتريك، زاويه برخورد بر رفتار افت انتقال صوت سازه در محدوده فركانسي مشخصي مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد. نتايج نشان داد كه با افزايش پارامتر ايندكس تابع تواني افت انتقال صوت در محدوده فركانس پايين كاهش مي‌يابد. همچنين ولتاژ اعمالي قادر به بهبود افت انتقال صوت در سازه خصوصاً در نواحي فركانس بالا بوده است.

In this study, sound transmission loss of a cylindrical shell made out of functionally graded materials with an arrangement of piezoelectric patches is investigated in the framework of the first-order shear deformation theory. Also, power law model is utilized to take into account material characteristics distribution along the thickness of the shell. It is noteworthy that both outer and inner piezoelectric patches are used as actuator and sensor. The structure is immersed in an acoustic medium of air and is subjected to acoustic waves with certain incident angle. The derivation of vibroacoustic equations in the form of coupled relations is realized by implementing Hamilton’s principle in conjunction with fluid/structure compatibility conditions. An analytical method is exploited to solve the coupled vibroacoustic governing equations with Fourier series. After validation study, parameter studies reveal the effects of the functionally graded index, incident angles, external electric voltage, and characteristics of piezoelectric patches on the sound transmission loss behavior of the structure in a certain frequency domain. Results indicated that with increasing the power law index, sound transmission loss decreases in the low-frequency region. Also, the applied voltage is able to improve the sound transmission loss especially in high-frequency region