مدلسازی رفتار آکوستیکی کامپوزیت الیاف طبیعی نخل خرما با استفاده از الگوریتم تکامل تفاضلی

پیشرفت های کنترل صدا با کمک جاذب صوتی، فرصت مناسبی را برای مطالعه روش های کاهش سروصدا و تضعیف آکوستیکی به وسیله انواع مختلفی  از مواد متخلخل فراهم کرده است. افزایش نگرانی ها درباره اثرات نا مطلوب به کارگیری جاذب های صوتی ساخته شده از  مواد و الیاف مصنوعی بر سلامت افراد، زمینه مساعدی را برای توسعه تحقیقات در مورد کاربرد الیاف طبیعی به عنوان عایق ها و جاذب های صوتی فراهم کرده است. در دو دهه گذشته استفاده از الیاف لیگنوسلولزی برای مقاصد مختلف به دلیل وجود خواصی چون زیست تخریب پذیری، وزن سبک، چگالی کم، قیمت ارزان و غیر سمی بودن، توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده و به عنوان جایگزینی برای جاذب های آکوستیکی ساخته شده از الیاف مصنوعی مطرح شده است. سالیانه در ایران مقادیر قابل توجهی از ضایعات کشاورزی حاوی الیاف لیگنو سلولزی به علت فقدان سازوکار بازیافت و به کارگیری مجدد، سوزانده شده یا به شکل نامناسبی دفع می شود. این در حالی است که می توان بخش زیادی از چنین ضایعاتی را برای مصارف مختلف به کار گرفت. کشور ایران به عنوان دومین تولیدکننده خرما در جهان و داشتن نخلستان های وسیع، هرساله با معضل ضایعات پرحجم حاصل از برداشت و هرس درختان خرما روبرو است که عمدتا به شکل مناسبی مورداستفاده قرار نمی گیرند. ازاین رو، هدف این پژوهش بررسی رفتار آکوستیکی نمونه های کامپوزیتی ساخته شده از الیاف طبیعی نخل خرما از طریق پیش بینی ضریب جذب صوت با مدل های تجربی مربوطه و مقایسه آن با داده های حاصل از آزمایش های تجربی بوده است.

در این مطالعه، برای اندازه گیری ضریب جذب صوتی  نرمال نمونه های ساخته شده از الیاف خوشه های نخل خرما با چگالی ثابت 200 کیلوگرم بر مترمکعب در سه ضخامت مختلف بافاصله های هوایی مختلف در پشت نمونه، از دستگاه لوله امپدانس استفاده شد. سپس با نوشتن کد در نرم افزار متلب، با استفاده از الگوریتم تکامل تفاضلی، ضریب جذب صوتی پیش بینی شده برای 3 مدل دلانی- بازلی، میکی و جانسون-چمپو-آلارد محاسبه گردید.

نتایج نشان داد که خاصیت جذب صوتی  نمونه های تهیه شده از الیاف نخل خرما به طور قابل توجهی با افزایش بسامد، بیشتر می شود و افزایش ضخامت مواد در چگالی ثابت، نقش عمده ای در تضعیف امواج صوتی به ویژه در بسامد های پایین تر (کمتر از1000 هرتز) دارد. مقایسه داده های حاصل از آزمایش و مدل های تجربی نشان داد که با افزایش ضخامت، مقادیر پیش بینی شده برای ضریب جذب آکوستیکی مواد، به داده های حاصل از آزمایش نزدیک می شوند. افزایش فاصله هوایی در پشت نمونه تا 3 سانتیمتر، در بسامد های کمتر از 1000 هرتز، افزایش ضریب جذب صوتی را به همراه خواهد داشت.

 نمونه های ساخته شده از الیاف نخل خرما، پتانسیل خوبی برای تضعیف انرژی امواج صوتی دارند. افزایش جذب صوت می تواند ناشی از فرآیند استهلاک طولانی تر انتقال حرارتی و ویسکوز، بین هوا و مواد جاذب در کامپوزیت باشد؛ که با افزایش ضخامت کامپوزیت موجب افزایش میزان جذب صوت نیز خواهد شد. از سوی دیگر الیاف طبیعی به دلیل خاصیت چسبندگی کم، قطر زیاد الیاف، مقاومت کم در برابر رطوبت و آسیب پذیر در برابر قارچ‏ها هنوز به اندازه الیاف مصنوعی محبوبیت نیافته‏اند. لذا بدیهی است که این عوامل می توانند بر روی ضریب جذب صوتی و کیفیت و ماندگاری پانل های آکوستیکی ساخته شده از الیاف طبیعی تاثیر بگذارد. به همین منظور جهت رفع این عیوب، می توان از فناوری نانو  استفاده کرد تا با بهره گیری از خاصیت مواد در این حالت، به شرایط بهتر و بهبودیافته دست یافت. به نظر می رسد که این مساله ای است که باید در ساخت جاذب های صوتی ساخته شده از الیاف طبیعی در نظر گرفت.