دوره 18، شماره 1 - ( 1400 )
جلد 18 شماره 1 صفحات 17-1 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Research code: کدرهگیری رساله دکتری در ایرانداک:1494301
Ethics code: IR.MODARES.REC.1398.046
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Samaei S E, Asilian Mahabadi H, Mousavi S M, Khavanin A, Faridan M. Optimization and sound absorption modeling in Yucca Gloriosa natural fiber composite. ioh 2021; 18 (1) : 1
URL: http://ioh.iums.ac.ir/article-1-3014-fa.html
URL: http://ioh.iums.ac.ir/article-1-3014-fa.html
سمائی سید احسان، اصیلیان مهابادی حسن، موسوی سید محمد، خوانین علی، فریدن محمد. بهینه سازی و مدل سازی جذب صوتی در کامپوزیتهای الیاف طبیعی یوکا. سلامت كار ايران. 1400; 18 (1) :1-17
گروه مهندسی بهداشت حرفه ای، دانشکده پزشکی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران ، asilia_h@modares.ac.ir
چکیده: (2526 مشاهده)
مقدمه: استفاده از الیاف طبیعی با توجه به ویژگیهای بارز زیست محیطی و خواص بالای فیزیکی، مکانیکی و جذب صوت، 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.
روش‌کار: 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 Design Expert11 و آزمون آماری آنالیز واریانس انجامشد. 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 ISO10534-2 اندازهگیریشد، همچنین بررسی کاربردپذیری مدلهای تحلیلی دلانی–بازلی (Delany-Bazley) و میکی (Miki)برای پیشبینی جذب صوتی در کامپوزیتهای طبیعی توسط کدنویسی فرمولها در نرم افزار متلب انجامشد.
یافته ها: بهینهسازی فرآیند اصلاح آلکالینی جهت دستیابی به شاخص میانگین ضریب جذبصوتی (SAA) 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 SAA) 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 SAA 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.
نتیجه گیری: 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.
روش‌کار: 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 Design Expert11 و آزمون آماری آنالیز واریانس انجامشد. 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 ISO10534-2 اندازهگیریشد، همچنین بررسی کاربردپذیری مدلهای تحلیلی دلانی–بازلی (Delany-Bazley) و میکی (Miki)برای پیشبینی جذب صوتی در کامپوزیتهای طبیعی توسط کدنویسی فرمولها در نرم افزار متلب انجامشد.
یافته ها: بهینهسازی فرآیند اصلاح آلکالینی جهت دستیابی به شاخص میانگین ضریب جذبصوتی (SAA) 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 SAA) 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 SAA 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.
نتیجه گیری: 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.
شماره‌ی مقاله: 1
فهرست منابع
1. 1. Taban E, Soltani P, Berardi U, Putra A, Mousavi SM, Faridan M, et al. Measurement, modeling, and optimization of sound absorption performance of Kenaf fibers for building applications. Building and Environment. 2020;180:107087. [DOI:10.1016/j.buildenv.2020.107087]
2. Arenas JP, Crocker MJ. Recent trends in porous sound-absorbing materials. Sound & vibration. 2010;44(7):12-8.
3. Ekici B, Kentli A, Küçük H. Improving sound absorption property of polyurethane foams by adding tea-leaf fibers. Archives of Acoustics. 2012;37(4):515-20. [DOI:10.2478/v10168-012-0052-1]
4. Asdrubali F, D'Alessandro F, Schiavoni S. A review of unconventional sustainable building insulation materials. Sustainable Materials and Technologies. 2015;4:1-17. [DOI:10.1016/j.susmat.2015.05.002]
5. Samaei SE, Asilian Mahabadi H, Mousavi SM, Khavanin A, Faridan M. Effect of Alkali Treatment on Diameter and Tensile Properties of Yucca Gloriosa Fiber Using Response Surface Methodology. Journal of Natural Fibers. 2020:1-14. [DOI:10.1080/15440478.2020.1818348]
6. Sullins T, Pillay S, Komus A, Ning H. Hemp fiber reinforced polypropylene composites: The effects of material treatments. Composites Part B: Engineering. 2017;114:15-22. [DOI:10.1016/j.compositesb.2017.02.001]
7. Nor MJM, Ayub M, Zulkifli R, Amin N, Fouladi MH. Effect of different factors on the acoustic absorption of coir fiber. Journal of Applied Sciences. 2010;10(22):2887-92. [DOI:10.3923/jas.2010.2887.2892]
8. Mamtaz H, Fouladi MH, Al-Atabi M, Narayana Namasivayam S. Acoustic absorption of natural fiber composites. Journal of Engineering. 2016;2016. [DOI:10.1155/2016/5836107]
9. Cao L, Fu Q, Si Y, Ding B, Yu J. Porous materials for sound absorption. Composites Communications. 2018;10:25-35. [DOI:10.1016/j.coco.2018.05.001]
10. Zhao X-D, Yu Y-J, Wu Y-J. Improving low-frequency sound absorption of micro-perforated panel absorbers by using mechanical impedance plate combined with Helmholtz resonators. Applied Acoustics. 2016;114:92-8. [DOI:10.1016/j.apacoust.2016.07.013]
11. Jayamani E, Hamdan S, editors. Sound absorption coefficients natural fibre reinforced composites. Advanced Materials Research; 2013: Trans Tech Publ. [DOI:10.4028/www.scientific.net/AMR.701.53]
12. Rahimabady M, Statharas EC, Yao K, Sharifzadeh Mirshekarloo M, Chen S, Tay FEH. Hybrid local piezoelectric and conductive functions for high performance airborne sound absorption. Applied Physics Letters. 2017;111(24):241601. [DOI:10.1063/1.5010743]
13. Lim Z, Putra A, Nor MJM, Yaakob M. Sound absorption performance of natural kenaf fibres. Applied Acoustics. 2018;130:107-14. [DOI:10.1016/j.apacoust.2017.09.012]
14. Yahaya R, Sapuan S, Jawaid M, Leman Z, Zainudin E. Effect of layering sequence and chemical treatment on the mechanical properties of woven kenaf-aramid hybrid laminated composites. Materials & Design. 2015;67:173-9. [DOI:10.1016/j.matdes.2014.11.024]
15. Kalia S, Kaith B, Kaur I. Pretreatments of natural fibers and their application as reinforcing material in polymer composites-a review. Polymer Engineering & Science. 2009;49(7):1253-72. [DOI:10.1002/pen.21328]
16. Li X, Tabil LG, Panigrahi S. Chemical treatments of natural fiber for use in natural fiber-reinforced composites: a review. Journal of Polymers and the Environment. 2007;15(1):25-33. [DOI:10.1007/s10924-006-0042-3]
17. Othmani C, Taktak M, Zein A, Hentati T, Elnady T, Fakhfakh T, et al. Experimental and theoretical investigation of the acoustic performance of sugarcane wastes based material. Applied Acoustics. 2016;109:90-6. [DOI:10.1016/j.apacoust.2016.02.005]
18. Berardi U, Iannace G. Acoustic characterization of natural fibers for sound absorption applications. Building and Environment. 2015;94:840-52. [DOI:10.1016/j.buildenv.2015.05.029]
19. Martellotta F, Cannavale A, De Matteis V, Ayr U. Sustainable sound absorbers obtained from olive pruning wastes and chitosan binder. Applied Acoustics. 2018;141:71-8. [DOI:10.1016/j.apacoust.2018.06.022]
20. Taban E, Khavanin A, Ohadi A, Putra A, Jafari AJ, Faridan M, et al. Study on the acoustic characteristics of natural date palm fibres: Experimental and theoretical approaches. Building and Environment. 2019;161:106274. [DOI:10.1016/j.buildenv.2019.106274]
21. Balbaşı M. Application of full factorial design method to silicalite synthesis. Materials Research Bulletin. 2013;48(8):2908-14. [DOI:10.1016/j.materresbull.2013.04.040]
22. Hashim MY, Amin AM, Marwah OMF, Othman MH, Yunus MRM, Huat NC, editors. The effect of alkali treatment under various conditions on physical properties of kenaf fiber. Journal of Physics: Conference Series; 2017: IOP Publishing. [DOI:10.1088/1742-6596/914/1/012030]
23. Alavudeen A, Rajini N, Karthikeyan S, Thiruchitrambalam M, Venkateshwaren N. Mechanical properties of banana/kenaf fiber-reinforced hybrid polyester composites: Effect of woven fabric and random orientation. Materials & Design (1980-2015). 2015;66:246-57. [DOI:10.1016/j.matdes.2014.10.067]
24. Akhtar MN, Sulong AB, Radzi MF, Ismail N, Raza M, Muhamad N, et al. Influence of alkaline treatment and fiber loading on the physical and mechanical properties of kenaf/polypropylene composites for variety of applications. Progress in Natural Science: Materials International. 2016;26(6):657-64. [DOI:10.1016/j.pnsc.2016.12.004]
25. Mahjoub R, Yatim JM, Sam ARM, Hashemi SH. Tensile properties of kenaf fiber due to various conditions of chemical fiber surface modifications. Construction and Building Materials. 2014;55:103-13. [DOI:10.1016/j.conbuildmat.2014.01.036]
26. Fiore V, Di Bella G, Valenza A. The effect of alkaline treatment on mechanical properties of kenaf fibers and their epoxy composites. Composites Part B: Engineering. 2015;68:14-21. [DOI:10.1016/j.compositesb.2014.08.025]
27. Taban E, Khavanin A, Ohadi A. Experimental study and modelling of date palm fibre composite acoustic behaviour using differential evolution algorithm. Iran Occupational Health. 2019;16(2):94-108.
28. Standard B. Acoustics-determination of sound absorption coefficient and impedance in impedance tubes-part 2: Transfer-function method. BS EN ISO. 2001:10534-2.
29. Miki Y. Acoustical properties of porous materials-Modifications of Delany-Bazley models. Journal of the Acoustical Society of Japan (E). 1990;11(1):19-24. [DOI:10.1250/ast.11.19]
30. Garai M, Pompoli F. A simple empirical model of polyester fibre materials for acoustical applications. Applied Acoustics. 2005;66(12):1383-98. [DOI:10.1016/j.apacoust.2005.04.008]
31. Oliva D, Hongisto V. Sound absorption of porous materials-Accuracy of prediction methods. Applied Acoustics. 2013;74(12):1473-9. [DOI:10.1016/j.apacoust.2013.06.004]
32. Delany M, Bazley E. Acoustical properties of fibrous absorbent materials. Applied acoustics. 1970;3(2):105-16. [DOI:10.1016/0003-682X(70)90031-9]
33. Chen X, Du W, Liu D. Response surface optimization of biocatalytic biodiesel production with acid oil. Biochemical Engineering Journal. 2008;40(3):423-9. [DOI:10.1016/j.bej.2008.01.012]
34. Cox T, d'Antonio P. Acoustic absorbers and diffusers: theory, design and application: Crc Press; 2016.
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
