مقاله کنترل سازه ها نگاهی نو در طراحی سازه ها

تعداد صفحات: ۲۳ | قابل ویرایش

چکیده

مبحث کنترل سازه ها موضوع نوینی در طراحی سازه ها می باشد که به تازگی مورد توجه قرار گرفته است. استفاده از روشهای کنترل در طراحی سازه ها باعث اقتصادی تر شدن طرح می شود و دستیابی سریع تر و منطقی تر به هدف مورد نظر که عملا کنترل رفتار سازه در محدوده قابل قبول است را ممکن می سازد.

در این مقاله به بیان مفاهیم و کلیات مربوط به کنترل سازه ها و همچنین مقایسه تفاوت موجود بین روشهای سنتی طراحی سازه ها و روشهای جدیدتر که پایه آنها استفاده از سیستم کنترل فعال و غیرفعال است پرداخته می شود. در اینجا تمام بررسی‌ها و مقایسه‌ها بر روی کنترل صوت متمرکز شده است و از ویژگیهای دز‌گیر صوتی سازه‌ای برای کنترل صوت انتشار یافته در فضا استفاده می‌شود.

مقدمه

به طور کلی موج صوتی (sound wave) به هر اغتشاشی که در یک محیط الاستیک انتشار پیدا کرده است اطلاق می‌شود. این محیط می‌تواند گاز،‌ مایع و یا جامد باشد. این تعریف شامل موجهای فراصوتی، صوتی و زیر صوتی (ultrasonic, sonic, and inforasonic) می‌شود. اما آنچه در اینجا و کلاً در مبحث کنترل صوت مطرح است همان موجهای صوتی (Sonic waves) می‌باشد که قابل تشخصیص بوسیله حس شنوایی انسان است.

بعضی معضلات صوتی عبارتند از: از  دست دادن قدرت شنوایی به صورت دائمی یا موقتی در یک کارخانه،‌ کیفیت پایین انتقال صدای سخنران در یک سالن کنفرانس، عدم تمرکز مناسب در کلاس یا کتابخانه و….برای تقویت کردن میدان صوتی مورد نظر و یا کاهش شدت میدانهای صوتی مضر و کلاً بهبود شرایط صوتی، باید رابطه بین منبع صوتی، محیط انتقال صوت و محل دریافت صوت و ویژگیهای میدان صوتی منتشر شده مشخص شود.

پس از آن می‌توان با روشهای مناسب به کنترل صوت منتشر شده پرداخت. معمولاً روشهای متنوع زیادی برای این کار وجود دارد، ولی توجه به جنبه‌های اقتصادی باعث عدم قابلیت استفاده از بعضی از آنها و میل به سمت استفاده از بعضی دیگر است. به عنوان مثال اگر هدف کنترل صوت ایجاد شده داخل یک کارخانه باشد می‌توان از یک یا ترکیبی از روشهای زیر استفاده کرد.

موج صوتی و پارامترهای مربوط به آن

هر ارتعاشی که فرکانس آن در حوزه شنوایی انسان قرار داشته باشد باعث تغییر فشار در هوای داخل گوش انسان می‌شود و این تغییر فشار را انسان به عنوان صدا درک می‌کند. تفاوت این فشار ایجاد شده با فشار اتمسفر به عنوان فشار صوت (Sound pressure) در نظر گرفته می‌شود (با واحد پاسکال P_a) گوش انسان فرکانسهای حدود HZ15 تا HZ000/16 را حس می‌کند. که به این ناحیه فرکانس شنوایی نرمال گویند. اما گوش انسان در فرکانسهای بین ۳۰۰۰ تا HZ6000 حساستر است و همچنین حداقل فشار صوتی برابر ۲۰Mpa را حس می‌کند.

شدت صوت:

دومین پارامتر مهمی که معمولاً در محاسبات مربوط به صوت اندازه‌گیری می‌شود شدت صوت است شدت صوت، توان پیوسته صوت که در یک نقطه از فضا از میان مساحتی کوچک می‌گذرد، می باشد. واحد آن وات برواحد سطح (w/m^۲) است. به عبارت دیگر شدت صوت معرف میزان انرژی منتقل شده توسط موج صوتی است.

سطح شدت صوت (Sound Intensity level)

معرف همان شدت صوت است، اما واحد آن بل (یا دسی بل) می‌باشد  وبه صورت زیر تعریف می‌شود.

انواع عوامل ایجاد میدانهای صوتی در فضا

صوت انتشار یافته در فضا به علل مختلفی ایجاد شده است که عمده آنها عبارتند از:

– جریان ناپایدار گاز و همچنین برهمکنش جریان گاز با اجسام صلب باعث ایجاد صوت می‌شود که به آن صوت آئرودینامیکی (Aerodynamic Sound) گویند. این جریان گاز اغلب باعث تهییج مدهای ارتعاشی در سطحی از سازه که جریان گاز را احاطه کرده است می‌شود و باعث ایجاد صوت انتقالی- سازه‌ای می‌شود.

این صوت ایجاد شده توسط جریان گاز در اغلب فرایندهای صنعتی (تولید کشتی‌،‌هواپیما، اتومبیل، راکت و ….) بوجود می‌آید و علاوه ایجاد مزاحمت صوتی ممکن است بر پایداری سازه اثر گذارد و یک عامل برای ایجاد پدیده خستگی باشد.

– صوت ایجاد شده به علت ارتعاشات موتور احتراقی رفت و برگشتی اتومبیل که از سطح خارجی موتور به فضا انتشار می‌یابد و به طور کلی هر وسیله مکانیکی که در آن برخورد و حرکت اعضای مختلف وجود دارد.

– وسایل الکتریکی (ماشین های الکتریکی، موتورهای الکتریکی،‌ ژنراتورها) نیز می‌توانند باعث ایجاد ارتعاشات صوتی به علت عوامل الکترومغناطیس،مکانیکی و آئرودینامیکی شوند،‌ که اثر هر کدام از این عوامل ایجاد صوت بستگی به نوع وسیله الکتریکی دارد.

عوامل مکانیکی و آئرودینامیکی مستقیماً باعث ایجاد و انتشار صوت می‌شود ولی عامل الکترومغناطیسی که مختص وسایل الکتریکی است باعث ارتعاشات مکانیکی  دستگاه می‌شود که این ارتعاشات باعث ایجاد صوت می‌شوند.

مراجع

1. Thomas, R.D. Nelson, P.A., Eliott, S.J., “Experiments on the Active Control of the Transmission of Sound Through a Clamped Rectangular Plate” , Journal of Sound and Vibtation, 139(2), pp 351-355(1990)
2. Dimitriadis , E.K., Fuller , C.R., “Active Control of Sound Transmition Through Elastic Plates Using Piezolectric Actuators”, AIAA Journal , Vol 29, No.11, pp 1771-1777(1991)
3. Carneal , J.P., Fuller, C.R., “Active structural Acoustic Control of Noise Transmission Through Double Panel Systems”, AIAA Jaurnal , Vol 33, No.4, pp.618(1995).
4. Beranek, leo L.and Ver, Istran L.,Noise and Vibration Control Engineerng , John wileg & Sons Inc. , New York, 1992.