Luận án tiến sĩ kỹ thuật cơ khí động lực: Nghiên cứu tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich và ứng dụng giảm ồn tàu thủy

• Tác giả: Đinh Đức Tiến
• Người hướng dẫn: GS. Trần Ích Thịnh
• Trường học: Trường Đại học Nha Trang
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
• Đề tài: Nghiên cứu tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich và ứng dụng giảm ồn tàu thủy
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Khánh Hòa

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC KÝ HIỆU
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
• 0.1.1. Giới thiệu về vật liệu composite sandwich
• 0.1.2. Khái niệm, cấu tạo
• 0.1.3. Phạm vi ứng dụng
• 0.1.4. Vật liệu composite sandwich dùng trong tàu thủy
• 0.1.5. Vật liệu lớp da
• 0.1.6. Đặc điểm công nghệ thi công
• 0.1.7. Lý thuyết truyền âm
• 0.1.7.1. Tần số, bước sóng, biên độ
• 0.1.7.2. Mức áp suất âm, cường độ âm
• 0.1.8. Một số kết quả nghiên cứu liên quan đến luận án
• 0.1.9. Tình hình nghiên cứu về tổn thất truyền âm đối với vật liệu composite sandwich
• 0.1.10. Nhận xét chung chương 1
• 0.1.11. Kết luận chương 1
• 1. CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TỔN THẤT TRUYỀN ÂM QUA TẤM COMPOSITE SANDWICH
• 1.1. Khai triển công thức thực nghiệm theo phương pháp phân tích thống kê năng lượng
• 1.2. Giả thiết và khái niệm
• 1.3. Công thức thực nghiệm xác định tổn thất truyền âm
• 1.4. Mục đích thực nghiệm
• 1.5. Mô tả phòng thí nghiệm
• 1.6. Phương pháp chế tạo mẫu thử
• 1.7. Phương pháp đo
• 1.8. Quy trình và số lượng điểm đo
• 1.9. Các thông số cần đo
• 1.10. Tiêu chuẩn áp dụng
• 1.11. Kiểm tra độ tin cậy
• 1.12. Kết quả thực nghiệm đo STL qua các mẫu composite sandwich
• 1.12.1. Mẫu composite sandwich M2
• 1.12.2. Mẫu composite sandwich M3
• 1.12.3. Mẫu composite sandwich M4
• 1.12.4. Mẫu composite sandwich M5
• 1.12.5. Mẫu composite sandwich M6
• 1.12.6. Mẫu composite sandwich M7
• 1.12.7. Mẫu composite sandwich M8
• 1.12.8. Mẫu composite sandwich M9
• 1.12.9. Mẫu composite sandwich M10
• 1.12.10. Mẫu composite sandwich M11
• 1.13. Nhận xét chung chương 2
• 1.14. Kết luận chương 2
• 2. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN TỔN THẤT TRUYỀN ÂM QUA TẤM COMPOSITE SANDWICH DÙNG TRONG CHẾ TẠO KẾT CẤU TÀU THỦY
• 2.1. Lý thuyết tấm composite sandwich
• 2.2. Trường chuyển vị, biến dạng và ứng suất
• 2.3. Phương trình quan hệ nội lực biến dạng của tấm composite sandwich
• 2.4. Xây dựng mô hình xác định tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich
• 2.4.1. Mô tả lý thuyết
• 2.4.2. Tổn thất truyền âm của tấm composite sandwich
• 2.5. Xác định độ cứng uốn biểu kiến của tấm composite sandwich
• 2.6. Xác định tần số dao động riêng của dầm composite sandwich
• 2.7. Xác định độ cứng uốn biểu kiến của dầm trong dải tần số 1/3 Octave
• 2.8. Xác định tổn thất truyền âm của các tấm A – K
• 2.9. So sánh kết quả tính toán lý thuyết và thực nghiệm
• 2.9.1. So sánh kết quả tính toán lý thuyết và thực nghiệm của tấm A
• 2.9.2. So sánh kết quả tính toán giữa lý thuyết và thực nghiệm của tấm K
• 2.9.3. So sánh giá trị STL theo các nhóm kết cấu
• 2.9.3.1. Tấm có khối lượng riêng lớp lõi khác nhau, cùng chiều dày lớp da, cùng chiều dày lớp lõi: Tấm A và Tấm C; Tấm I và Tấm K
• 2.9.3.2. Tấm có chiều dày lớp da khác nhau, cùng chiều dày lớp lõi, cùng khối lượng riêng lớp lõi: tấm E và tấm F; tấm G và tấm H
• 2.9.3.3. Tấm có chiều dày lớp lõi khác nhau, cùng chiều dày lớp da, cùng khối lượng riêng lớp lõi: Tấm E và tấm G; tấm F và tấm H
• 2.10. Nhận xét chung chương 3
• 2.11. Kết luận chương 3
• 3. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIẢM ỒN BUỒNG MÁY TÀU KHÁCH VỎ COMPOSITE
• 3.1. Các phương pháp giảm ồn đối với động cơ diesel (máy chính) lắp đặt trên tàu khách vỏ composite
• 3.2. Tiếng ồn từ động cơ
• 3.3. Các phương pháp giảm ồn động cơ diesel tàu thủy
• 3.4. Một số nhận xét
• 3.5. Ứng dụng giảm ồn buồng máy tàu khách vỏ composite
• 3.5.1. Giới thiệu chung về tàu nghiên cứu
• 3.5.2. Các thông số chính
• 3.5.3. Thông số động cơ
• 3.5.4. Bố trí chung toàn tàu
• 3.5.5. Kết quả đo độ ồn khi tàu GW01 hoạt động
• 3.5.6. Phương pháp, thiết bị, vị trí đo và quy trình đo
• 3.5.7. Phương án xử lý độ ồn
• 3.5.8. Kết quả đo độ ồn khi tàu VQGNC hoạt động
• 3.5.9. So sánh kết quả đo độ ồn của hai tàu
• 3.6. Nhận xét chung chương 4
• 3.7. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Tổng quan về đề tài nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich và ứng dụng trong giảm ồn tàu thủy. Vật liệu composite sandwich được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng hải nhờ ưu điểm như độ bền cao, khả năng chịu môi trường khắc nghiệt và tính thẩm mỹ. Tuy nhiên, việc giảm tiếng ồn từ động cơ và các nguồn khác trên tàu vẫn là thách thức lớn. Nghiên cứu này nhằm tối ưu hóa vật liệu cách âm và đề xuất giải pháp giảm ồn hiệu quả.

1.1. Giới thiệu về vật liệu composite sandwich

Vật liệu composite sandwich bao gồm lớp da và lớp lõi, thường được sử dụng trong chế tạo tàu thủy nhờ khả năng cách âm và cách nhiệt tốt. Lớp da thường làm từ sợi thủy tinh và nhựa polymer, trong khi lớp lõi có thể là foam PU hoặc các vật liệu nhẹ khác. Cấu trúc này giúp giảm tổn thất âm thanh và tăng độ bền cơ học.

1.2. Ứng dụng trong tàu thủy

Vật liệu composite sandwich được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo tàu thủy, đặc biệt là các tàu cao tốc, tàu du lịch và tàu quân sự. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng vật liệu này để giảm ồn trong buồng máy, nơi tiếng ồn từ động cơ diesel là vấn đề nghiêm trọng.

II. Nghiên cứu thực nghiệm xác định tổn thất truyền âm

Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành để đo lường tổn thất truyền âm qua các mẫu tấm composite sandwich. Các mẫu thử được chế tạo với các thông số khác nhau về chiều dày lớp da và lớp lõi. Phương pháp đo lường sử dụng phòng thí nghiệm cách âm và thiết bị đo áp suất âm. Kết quả thực nghiệm cho thấy sự khác biệt đáng kể về tổn thất âm thanh giữa các mẫu thử.

2.1. Phương pháp thực nghiệm

Phương pháp thực nghiệm bao gồm việc chế tạo các mẫu tấm composite sandwich và đo lường tổn thất truyền âm bằng thiết bị chuyên dụng. Các thông số như chiều dày lớp da, chiều dày lớp lõi và khối lượng riêng được thay đổi để đánh giá ảnh hưởng đến khả năng cách âm.

2.2. Kết quả thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm cho thấy tấm composite sandwich với lớp lõi dày và lớp da mỏng có khả năng cách âm tốt hơn. Các mẫu thử được đánh giá qua chỉ số STL (Sound Transmission Loss), cho thấy sự cải thiện đáng kể so với vật liệu truyền thống.

III. Nghiên cứu tính toán tổn thất truyền âm

Nghiên cứu tính toán dựa trên lý thuyết dao động và phương pháp phần tử hữu hạn để xác định tổn thất truyền âm qua tấm composite sandwich. Mô hình toán học được xây dựng để mô phỏng quá trình truyền âm qua vật liệu. Kết quả tính toán được so sánh với dữ liệu thực nghiệm để đảm bảo độ chính xác.

3.1. Mô hình toán học

Mô hình toán học dựa trên lý thuyết tấm và phương trình dao động để tính toán tổn thất âm thanh. Phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để mô phỏng các điều kiện biên và tải trọng âm thanh.

3.2. So sánh kết quả tính toán và thực nghiệm

Kết quả tính toán được so sánh với dữ liệu thực nghiệm, cho thấy sự tương đồng cao. Điều này khẳng định tính chính xác của mô hình toán học và khả năng ứng dụng trong thực tế.

IV. Ứng dụng giảm ồn buồng máy tàu thủy

Nghiên cứu đã ứng dụng kết quả vào việc giảm ồn trong buồng máy tàu thủy. Các tấm composite sandwich được sử dụng để cách âm động cơ diesel, giảm tiếng ồn phát ra từ buồng máy. Kết quả đo lường cho thấy sự cải thiện đáng kể về mức độ ồn, đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế.

4.1. Phương pháp giảm ồn

Các phương pháp giảm ồn bao gồm sử dụng tấm cách âm, bình tiêu âm và tường cách âm. Tấm composite sandwich được lựa chọn nhờ khả năng cách âm tốt và độ bền cao.

4.2. Kết quả ứng dụng

Kết quả ứng dụng cho thấy mức độ ồn trong buồng máy giảm đáng kể, đặc biệt ở các tần số cao. Điều này khẳng định hiệu quả của vật liệu composite sandwich trong việc giảm ồn tàu thủy.