شبيه‌سازي عددي پوشش هاي ضد اكو حفره دار با استفاده از تركيب روشهاي اجزا محدود و كانال آكوستيكي

Numerical Simulation of Anechoic Coating by Combining FEM and ADM

عملكرد جذبي پوشش هاي ضداكو به خواص مواد، ضخامت لايه‌هاي تشكيل‌دهنده و همچنين اندازه و چگالي توزيع حفره‌ها بستگي دارد. در اين مقاله يك روش طراحي مبتني بر شبيه‌سازي با تركيب روش المان محدود و روش كانال آكوستيكي ارايه شد. آناليز پوشش هاي ضداكو، تحت برخورد موج صفحه‌اي با زاويه فرود عمودي انجام شده است. در اين روش با در نظر گرفتن يك سلول واحد از پوشش ضداكو و در نظر گرفتن دو كانال سيال در طرفين آن، مشخصات انعكاسي و ضريب انتقال صوت پوشش ضداكو با استفاده از تيوري كانال آكوستيكي محاسبه گرديد. جهت صحت سنجي نتايج از داده هاي تجربي در دسترس اين زمينه استفاده شد. همچنين يك كد شبيه‌سازي پوشش ضداكو در نرم‌افزار ANSYS ايجاد شد. در نهايت با استفاده از اين كد و مدل ارايه شده، رفتار ارتعاشاتي-آكوستيكي پوشش‌هاي ضداكو بررسي شد. نتايج نشان داد كه ضريب انتقال صوت براي پوشش با حفره استوانه اي نسبت حفره كروي داراي مقدار بيشتري است. همچنين برخلاف ضريب انتقال، براي همه فركانس‌هاي بالاتر از 1500 هرتز، وجود حفره استوانه‌اي شكل، كاهش انعكاس بيشتري داشته و در نتيجه براي بهبود عملكرد آكوستيكي بهتر از حفره كروي شكل است.

The absorption performance of anechoic coatings depends on the material properties, layer thicknesses and cavity distribution density and cavity size. In this paper a design method based on numerical simulation was presented by combining FEM and acoustic duct method (ADM). Analyzing of anechoic coatings was performed under active sonar impinging plane wave by normal incident angle. In this approach considering a unit cell of anechoic coating and two ducts of the fluid on its both sides, the reflection characteristics, transmission and reflection coefficients of anechoic coating were calculated using acoustic duct theory. Validation was performed by comparing the results of simulation with the available experimental data. Also a design code in ANSYS software was developed. Finally using this code and the proposed model, the acoustical behavior of anechoic coatings was investigated. The results show that sound transmission coefficient for coating with cylindrical cavity is larger than that of spherical cavity. Furthermore unlike the transmission coefficient, for all frequencies upper than 1500 Hz, coating with cylindrical cavity has a greater echo reduction and therefore its anechoic performance is better than that of spherical cavity.