Iran Occupational Health Journal
سلامت كار ايران
ioh
Medical Sciences
http://ioh.iums.ac.ir
136
journal136
1735-5133
2228-7493
10.61186/ioh
fa
jalali
1399
12
1
gregorian
2021
3
1
18
1
online
1
fulltext
fa
بهینه سازی و مدل سازی جذب صوتی در کامپوزیتهای الیاف طبیعی یوکا
Optimization and sound absorption modeling in Yucca Gloriosa natural fiber composite
صدا
Noise
كاربردي
Applicable
<strong><span style="font-family:B Nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">مقدمه: </span></span></strong><span style="font-family:B Nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">استفاده از الیاف طبیعی با توجه به ویژگی­های بارز زیست محیطی و خواص بالای فیزیکی، مکانیکی و </span></span><span style="font-family:B Nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">جذب صوت</span></span><span style="font-family:B Nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">، سبب تغییرات اساسی در ساخت انواع کامپوزیتهای آکوستیکی شده است. امروزه تجزیه و تحلیل رفتار آکوستیکی این دسته ازکامپوزیت ها تحت عنوان "کامپوزیتهای سبز" با توجه به عملکرد نوین آن ها در زمینه های جذب صوتی، بیش از پیش مورد توجه محققان قرار گرفته است. در همین راستا این مطالعه با هدف بهینه سازی و مدل سازی جذب صوتی در کامپوزیت­های الیاف طبیعی یوکا با استفاده از رویکرد بهینه­سازی و مدل­سازی ریاضی انجام گرفت. </span></span><span dir="LTR"><span style="font-size:10.0pt;"></span></span><br>
<strong><span style="font-family:B Nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">روشکار:</span></span></strong><span style="font-family:B Nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;"> در این مطالعه تجربی-مقطعی، جهت ساخت کامپوزیت­های آکوستیکی طبیعی از روش اصلاح آلکالینی به عنوان یکی از روش­های متداول در اصلاح شیمیایی و یک فرایند کمکی جهت کاهش قطر الیاف استفاده شد. دو پارامتر اساسی در اصلاح آلکالینی، پارامترهای مقدار سدیم هیدروکسید (نسبت درصد وزنی به حجمی) و مدت زمان غوطه­وری (ساعت) می­باشد. در این مطالعه طراحی آزمایشات و تعیین مقدار بهینه­ این دو پارامتر جهت بهبود جذب­صوتی توسط روش طرح فاکتوریل و با استفاده از نرم­افزار </span></span><span dir="LTR"><span style="font-family:Times New Roman,serif;"><span style="font-size:10.0pt;">Design Expert11</span></span></span><span style="font-family:B Nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;"> و آزمون آماری آنالیز واریانس</span></span> <span style="font-family:B Nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">انجام­شد.</span></span> <span style="font-family:B Nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">در این مطالعه ضریب جذب صوتی (تحت زاویه نرمال) به­منظور بررسی رفتار کامپوزیت طبیعی الیاف یوکا در طول فرآیند اصلاح آلکالینی توسط لوله­ی امپدانس و براساس روش تابع انتقال و استاندارد </span></span><span dir="LTR"><span style="font-family:Times New Roman,serif;"><span style="font-size:10.0pt;">ISO10534-2</span></span></span> <span style="font-family:B Nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">اندازه­گیری­شد، همچنین بررسی کاربردپذیری مدل­های تحلیلی دلانی</span></span><span style="font-family:Times New Roman,serif;"><span style="font-size:10.0pt;">–</span></span><span style="font-family:B Nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">بازلی </span></span> <span dir="LTR"><span style="font-family:Times New Roman,serif;"><span style="font-size:10.0pt;">(Delany-Bazley)</span></span></span> <span style="font-family:B Nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">و میکی</span></span> <span dir="LTR"><span style="font-family:Times New Roman,serif;"><span style="font-size:10.0pt;">(Miki)</span></span></span><span style="font-family:B Nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">برای پیش­بینی­ جذب صوتی در کامپوزیت­های طبیعی توسط کدنویسی فرمول­ها در نرم افزار متلب انجام­شد.</span></span><span dir="LTR"><span style="font-size:10.0pt;"></span></span><br>
<strong><span style="font-family:B Nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">یافته ­ها:</span></span></strong><span style="font-family:B Nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;"> بهینه­سازی فرآیند اصلاح آلکالینی جهت دستیابی به شاخص میانگین ضریب جذب­صوتی (</span></span><span dir="LTR"><span style="font-family:Times New Roman,serif;"><span style="font-size:10.0pt;">SAA</span></span></span><span style="font-family:B Nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">) بیشینه، زمانی اتفاق می­افتد که مقدار سدیم هیدروکسید و زمان غوطه­وری به ترتیب 5 درصد و 8 ساعت انتخاب شود. همچنین پاسخ­های پیش­بینی شده (شاخص </span></span><span dir="LTR"><span style="font-family:Times New Roman,serif;"><span style="font-size:10.0pt;">SAA</span></span></span><span style="font-family:B Nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">) در شرایط بهینه، مقدار 557/0 محاسبه شد که با پاسخ های آزمون­های تاییدی مطابقت دارد. نتایج مقایسه ضریب جذب صوتی کامپوزیت­های طبیعی یوکا نشان­داد که در تمامی فرکانس­های یک­سوم اکتاو باند، ضریب جذب­صوتی در کامپوزیت اصلاح شده در شرایط بهینه، بیشتر از کامپوزیت خام (اصلاح نشده) بود. همچنین اصلاح آلکالینی کامپوزیت در شرایط بهینه سبب افزایش 92/18 درصدی شاخص</span></span> <span dir="LTR"><span style="font-family:Times New Roman,serif;"><span style="font-size:10.0pt;">SAA</span></span></span><span style="font-family:B Nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;"> در مقایسه کامپوزیت خام شد. از طرفی تطابق مناسبی بین نتایج مدل­های پیش­بینی­ کننده ضریب جذب صوتی در کامپوزیت طبیعی یوکا در شرایط بهینه و کامپوزیت خام، با نتایج تجربی در محدوده فرکانسی پایین و میانی یک سوم اکتاوباند برقرارشد.</span></span><span dir="LTR"><span style="font-size:10.0pt;"></span></span><br>
<strong><span style="font-family:B Nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">نتیجه­ گیری:</span></span></strong><span style="font-family:B Nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;"> اصلاح آلکالینی در شرایط بهینه، جهت بهبود خواص آکوستیکی کامپوزیت­های طبیعی موثر واقع­شده است و این فرآیند با توجه به مزایای برجسته الیاف طبیعی و افزایش استفاده از این دسته از الیاف به عنوان تقویت­کننده خواص مکانیکی در کامپوزیت­های هیبریدی چندمنظوره، روشی مناسبی برای بهبود سازگاری بین الیاف طبیعی و ماتریس پلیمری و همچنین بهبود خواص آکوستیکی و کلی کامپوزیت­های هیبریدی تلقی می شود.</span></span><span dir="LTR"><span style="font-size:10.0pt;"></span></span>
<strong>Introduction:</strong> Nowadays, the acoustic behavior analysis of natural fibers composites has received increasing attention by researchers. In this regard, the present study aimed to optimize and model the sound absorption behavior of composites made of Yucca Gloriosa (YG) fiber via using a mathematical modeling approach.<br>
<strong>Methodology:</strong> In this experimental cross-sectional study, in order to fabricate the natural acoustic composites, the alkaline treatment of the fibers was employed. In this study, the design of experiments and determination of the optimum amount of alkaline treatment parameters (NaOH concentration and immersion time) to improve the sound absorption was performed by Response Surface Methodology (RSM). Moreover, the sound absorption coefficient (SAC) of YG fiber was measured by an impedance tube system (ISO10534-2 standard). The applicability of Delany-Bazley (DB) and Miki analytical models for predicting the sound absorption coefficients of the natural composites by coding formulas in MATLAB software was investigated as well.<br>
<strong>Result:</strong> Comparison of the obtained SAC showed that this value of optimized was higher than untreated composite at all frequencies, and the sound absorption average (SAA) index increased by 18.92%, particularly when compared to the raw composites. Also, good agreement was found between the results from the empirical models and the experimental results in the low and mid-frequency range of one-third octave band.<br>
<strong>Conclusion:</strong> the optimization of alkaline treatment and prediction of SAC by empirical model, with regard to the prominent benefits of natural fibers and the wide use of these fibers, is considered as an acceptable strategy for acoustic applications (industries and buildings).
بهینه سازی, مدل های تحلیلی, جذب صوتی, کامپوزیت, الیاف طبیعی
optimization, empirical models, sound absorption, composite, Yucca natural fiber
1
17
http://ioh.iums.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-899-1&slc_lang=fa&sid=1
Seyed Ehsan
Samaei
سید احسان
سمائی
ehsan_samaei@modares.ac.ir
13600319475328460038761
13600319475328460038761
No
Department of Occupational Health Engineering, Faculty of Medical Sciences, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
گروه مهندسی بهداشت حرفه ای، دانشکده پزشکی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
Hasan
Asilian Mahabadi
حسن
اصیلیان مهابادی
asilia_h@modares.ac.ir
13600319475328460038762
13600319475328460038762
Yes
Department of Occupational Health Engineering, Faculty of Medical Sciences, Tarbiat Modares University, Tehran. Iran
گروه مهندسی بهداشت حرفه ای، دانشکده پزشکی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
Seyyed Mohammad
Mousavi
سید محمد
موسوی
mousavi_m@modares.ac.ir
13600319475328460038763
13600319475328460038763
No
Biotechnology Group, Chemical Engineering Department, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
گروه بیوتکنولوژی، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.
Ali
Khavanin
علی
خوانین
khavanin@modares.ac.ir
13600319475328460038764
13600319475328460038764
No
Department of Occupational Health Engineering, Faculty of Medical Sciences, Tarbiat Modares University, Tehran. Iran
گروه مهندسی بهداشت حرفه ای، دانشکده پزشکی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
Mohammad
Faridan
محمد
فریدن
faridan.m@lums.ac.ir
13600319475328460038765
13600319475328460038765
No
Department of Occupational Health and Safety at Work Engineering, School of Health and Nutrition, Nutritional Health Research Center, Lorestan University of Medical Sciences, Khorramabad, Iran
گروه مهندسی بهداشت حرفه ای، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی لرستان، خرم آباد، ایران