Iran Occupational Health Journal

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 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. Introduction: 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. Methodology: 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. Result: 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. Conclusion: 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