Experimental determination and theoretical prediction of the acoustic properties of the jute and luffa bio-fiber materials
Jute ve luffa bio-fiber malzemelerinin akustik özelliklerinin deneysel olarak tespiti ve teorik tahmini
- Tez No: 684483
- Danışmanlar: PROF. DR. KENAN YÜCE ŞANLITÜRK, DOÇ. DR. HASAN KÖRÜK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Dinamiği, Titreşimi ve Akustiği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 99
Özet
Günümüz toplumunun daha iyi konfor standartları konusundaki talepleri ve değişen endüstrisi, tasarımcı ve üreticileri yaşam alanları yakınlarında oluşan gürültü seviyelerini düşürücü çözümler üretme konusunda daha çok çalışmaya mecbur bırakmaktadır. Rahatsız edici gürültüleri istenilen seviyelere düşürmek için ses enerjisini soğurma özelliği yüksek olan malzeme seçimi ve kullanımı oldukça önemlidir. Karbon fiber, cam elyafı gibi sentetik fiber malzemeler ses yalıtımı amacıyla sıklıkla kullanılmaktadır. Ancak sentetik malzemelerin sürdürülebilirlik sorunları ve doğal çevreye kalıcı zararlar vermeleri nedeniyle bu ses soğurucu malzemelere doğal alternatiflerinin aranması bu noktada faydalı olacaktır. Yapay malzemelere alternatif olarak, bitki bazlı lifli malzemeler oldukça çevre dostu olmalarının yanı sıra, kullanışlı akustik özellikler de sunmaktadır. Fakat bu malzemelerin sentetik ikameleri yerine kullanılabilmeleri için fiziksel, mekanik ve akustik özelliklerinin araştırılması ve ortaya konulması gerekmektedir. Bu çalışmanın esas amacı, iki tür doğal lifli malzemenin, jüt ve luffa, akustik özelliklerini belirlemektir. Dolayısıyla bu malzemelerin gürültü yalıtımı ihtiyacı olan çeşitli sektörlerde sentetik alternatifleri yerine kullanımını teşvik etmeyi amaçlanmaktadır. Bu çalışma, bir grup deneysel verinin ve bu deneysel verilerin analizinin yanı sıra teorik modellerden alınan sonuçlarla deneysel sonuçların karşılaştırılmasını da içermektedir. Numunelerin fiziksel niteliklerinden olan veya bu nitelikleri dolaylı olarak etkileyen kalınlık, (malzemelerin) yetişme bölgesi ve (kompozit numunelerin) fiber / reçine oranı faktörlerindeki değişimin, jüt, luffa ve hibrit numunelerin akustik özelliklerine nasıl yansıdığı kapsamlı biçimde araştırılmıştır. Öncelikle farklı kalınlıklardaki reçinesiz homojen ve hibrit numuneler hazırlanmıştır. Bu numunelerin akustik testleri empedans tüpü kullanarak yapılmıştır. 10 mm, 20 mm, 30 mm ve 40 mm kalınlığındaki ve 29 mm çaptaki silindirik numuneler kullanılmıştır. 20 mm ve üstü kalınlıklardaki numuneler, lifli malzeme yapısının mümkün kılmasıyla, 10 mm kalınlığındaki numunelerin birbirlerine iğne-iplik ile tutturulması ile elde edilmiştir. Deneylerde yaşanabilecek hataları en aza indirmek ve güvenilir sonuçlar almak için aynı tip numunelerden yeterli sayıda üretilmiş, tekrarlanabilirlik kanıtlanmıştır. Kullanılan numuneler bitki bazlıdır. Farklı coğrafyalarda (Türkiye ve Mısır) yetişen luffa bitkisinden üretilmiş, boyutsal özellikleri aynı olan numuneler için de akustik ölçümler yapılmış, yetişme şartlarının/konumunun akustik özellikleri nasıl etkilediğini gözlemlemek için test sonuçları karşılaştırılmıştır. Reçinesiz numunelere ek olarak, homojen ve hibrit, çeşitli kalınlıklardaki reçineli kompozit numuneler de fiber hacim oranının değişiminin akustik niteliklerdeki değişime etkisini incelemek için üretilmiş ve akustik testleri yapılmıştır. Fiber numunelerde olduğu gibi, bu numunelerin de ses yutum katsayıları ve ses iletim kayıp seviyeleri çeşitli kalınlık ve hacimsel fiber oranları için belirlenmiştir. Bu numunelerde reçine olarak epoksi malzemesi kullanılmıştır. 5 mm – 20 mm arasında çeşitli kalınlık değerlerine sahip birçok numune üretilmiştir. Numunelerin radyal boyutunu empedans tüpünün iç çapı belirlemiştir. Numunelerin empedans tüpünün içine tam olarak yerleşmesi gerekmektedir, dolayısıyla 29 mm çapta olmaları gerekmektedir. Numuneler, geniş levhalar şeklinde üretimi yapılan kompozit yapıdan CNC freze yardımıyla silindirik şekilde kesilmiştir. Uygun numuneler üretildiğinde ses yutum katsayıları ve ses iletim kayıpları farklı empedans tüpü yöntemleri kullanılarak ölçülmüştür. Burada hem homojen hem hibrit numunelerin akustik özellikleri incelenmiştir. Reçinesiz homojen fiber ve reçineli homojen kompozit malzemeler jüte ve luffa malzemelerinden yalnızca birini içermektedir. Öte yandan hibrit fiber ve hibrit kompozit numuneler bu malzemelerin ikisini de yaklaşık olarak aynı oranda içermektedir. Jüt ve luffa malzemelerinin bir arada kullanılmasının akustik açıdan nasıl bir sonuç yaratacağını görmek için hibrit numunelerin sonuçları benzer boyuttaki homojen numunelerin sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Hibrit numunelerde iç yapının değişiminin akustik özelliklere etkisini gözlemlemek için farklı malzeme dizilimlerine sahip numuneler kullanılmıştır. Numuneler iki çeşit dizilime sahiptirler ve de dizilimlerine göre adlandırılmıştır. Dizilimler jüt-luffa-jüt ve luffa-jüt-luffa şeklindedir. Fiber ve kompozit jüt ve luffa numunelerin değişken kalınlık, hacimsel oran ve yetişme bölgesi gibi farklı senaryolardaki akustik performansları incelenmiştir. Numunelerin kalınlıklarındaki değişimin akustik özelliklere etkisini incelemek amacıyla farklı kalınlıklarda ve aynı hacimsel fiber oranına sahip numunelerin test sonuçları karşılaştırılmıştır. Benzer olarak farklı hacimsel fiber oranına fakat aynı kalınlık değerlerine sahip numuneler de kompozit yapının içerdiği fiber yüzdesinin akustik özelliklere etkisini görmek açısından karşılaştırılmıştır. Bu çalışma kapsamında %100, %60 ve %50 hacimsel fiber oranlarına sahip jüt numuneler ve %100, %70 ve %45 hacimsel fiber oranlarına sahip luffa numuneler imal edilip deneylerde kullanılmıştır. Bunlara ek olarak jüt ve luffa numunelerin fiziksel özellikleri çeşitli teorik modellerde kullanılarak ses yutum katsayıları ve ses iletim kaybı seviyeleri değerleri tahmin edilmeye çalışılmıştır. Elde edilen tahmini veri ile deneysel veri karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma ile, bahsi geçen teorik modellerin jüt ve luffa malzemelerinden üretilmiş numunelerin akustik niteliklerinin tahmininde kullanılabilir olup olmadığının ortaya koyulması hedeflenmiştir.
Özet (Çeviri)
Increasing demand from public for better comfort from durable products force designers and manufacturers to pay more attention to noise control. To reduce noise to more favorable levels, selecting an appropriate sound absorptive material is very critical part of the work. Synthetic materials such as carbon and glass fibers are widely used for this purpose. However, these materials are not environmentally friendly and sustainable. Plant-based materials, on the other hand, are good alternatives to synthetic materials as they are degradable, sustainable and not harmful to the nature. However, the acoustic, mechanical and physical properties of these materials are not readily available and should be fully understood to use them in commercial applications. This study aims to determine the acoustic characteristics of jute and luffa bio-fiber materials to promote the usage of these nature friendly materials. This evaluation includes experimental work, analysis of experimental results and comparisons of experimental results with predictions. Effects of thickness, growing region and fiber mass fraction on the acoustic properties of jute and luffa and their hybrid samples are investigated in detail. First, homogenous and hybrid samples of jute and luffa fibers (no resin) with different thicknesses are prepared and their acoustic properties are measured. Samples with the thicknesses of 10 mm, 20 mm, 30 mm and 40 mm are used. Since the materials are fiber it was able to manufacture samples thicker than 10 mm by stitching multiple 10 mm fiber samples to each other. The samples of the same material type are produced using this stitching method in order to observe repeatability and reliability of the measurements. Also, in order to reveal the effect of growing region of the bio-fiber material on acoustic properties, luffa fiber grown in Egypt and Turkey are used to prepare samples with similar physical and geometric properties and the acoustic properties of these samples are compared. In addition to fiber samples, homogenous and hybrid composite samples with different jute fiber mass fraction and luffa fiber mass fraction and different thicknesses are prepared and their acoustic properties such as sound absorption and sound TL are measured. Many samples with thickness between 5 mm to 20 mm are produced. Large plates are manufactured and cylindrical samples are cut from the plates via CNC cutter. The samples are cut to fit the inner diameter of the impedance tube. After preparing the samples, the SACs and TLs of samples are measured using different impedance tube techniques. Homogenous fiber (without epoxy) and homogeneous composite (with epoxy) samples only involve one of the two materials used here, i.e., jute or luffa. On the other hand, hybrid fiber and hybrid composite samples are made of using both of these materials. Comparative results of these samples are examined in order to discover whether combination of luffa and jute shows any better acoustic performance or not. Different orders of materials in the hybrid structure are used to examine whether there are any differences in their acoustic characteristics. The samples are ordered either as jute-luffa-jute, or luffa-jute-luffa. The acoustic performances of jute and luffa fiber and their composite samples are compared for different physical properties such as thickness, growing region, fiber volume fraction. The effect of thickness on the acoustic properties of fiber and composite samples are explored by comparing the experimental results of the samples with different thicknesses by keeping the same mass fraction of fiber in whole structure. Similarly, the samples with the same thicknesses but different mass fractions are compared to observe the effect of fiber mass fraction on their acoustic properties. Here, jute samples with 100%, 60% and 50% mass fractions, luffa samples with 100%, 70% and 45% mass fractions with different thickness are produced. In addition to the experimental investigations, the SACs and TL levels of jute and luffa samples are also predicted using some theoretical models, and the predictions are compared with the experimental results. The theoretical models exploited in this study can be used to design jute and luffa composite structures in many engineering applications.
Benzer Tezler
- Identıfıcatıon, modellıng and optımısatıon of structures wıth passıve dampıng treatments
Pasif sönümlü yapilarin karakterizasyonu, modellenmesi ve optimizasyonu
HASAN KÖRÜK
Doktora
İngilizce
2013
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KENAN YÜCE ŞANLITÜRK
- Yeni Cami'nin akustik açıdan performans değerlendirmesi
Evaluation of the acoustical performance of the New Mosque
EVREN YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEVTAP YILMAZ DEMİRKALE
- Davlumbaz fanı tasarımı
Domestic range hood fan design
GÜVEN ERAKTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEYHAN UYGUR ONBAŞIOĞLU
- Doğu Karadeniz bölgesindeki dikdörtgen planlı camilerin tasarımında akustik performansın belirlenmesi üzerine yeni bir yaklaşım
A new approach on the determination of the acoustic performance in the design of rectangular planned mosques in the Eastern Black Sea region
BARIŞ İLBAN
Doktora
Türkçe
2022
MimarlıkKaradeniz Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAVRAZ
- Gemi yapılarının vibro-akustik yaklaşımı ile titreşim ve akustik açısından optimum hale getirilmesi
Acquiring vibrationally and acoustically optimum ship structure through the vibroacoustic methodology
MEHMET AVCU
Doktora
Türkçe
2018
Deniz Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL AHMET GÜNEY