Design of a metamaterial for underwater acoustic absorption
Sualtı akustik absorbasyon için metamalzeme tasarımı
- Tez No: 818160
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MOSTAFA RANJBAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Akustik metamalzemeler birkaç on yıldır yaygın olarak kullanılmaktadır. Kullanım alanları ses yalıtımdan askeri teknolojiye kadar çeşitlidir. Bu tezde, denizaltı araçlarını aktif sonar sistemlerden korumak için yankısız bir metamalzeme tasarımı amaçlanmıştır. Bu kaplamadan geniş aralıkta yüksek akustik absorbasyon sağlaması beklenmektedir. Bu amaçla, iç geometriyi saracak bir matris malzeme seçilmiştir. Bu matris malzemenin akustik empedansının suya yakın olması, hidrostatik basınca karşı dayanıklı olması, deniz ortamına uygun olması ve yüksek sönümleme katsayısına sahip olması gerekmektedir. Poliüretan (PU) uygun özelliklere sahip olduğu için matris malzeme olarak seçilmiştir. Fakat, PU düşük frekanslarda yeterli sönümleme performansı göstermez. Bu durumun üstesinden gelmek için çeşitli şekil ve boyutlarda inklüzyonlar matris malzemeye eklenmiştir. Katı inklüzyonlar kaplama yoğunluğunu artıracağı için, bunların yerine hava inklüzyonları tercih edilmiştir. Gelişen sonar teknolojisi göz önüne alındığından, düşük frekanslarda, özellikle 1 kHz altında sönümleme üzerine yoğunlaşılmıştır. Geliştirilen modeller akustik sönümleme açısından, 0-3 kHz arası düşük, 3-6 kHz arası orta, ve 6-10 kHz arası yüksek olmak üzere üç kategoride karşılaştırılmıştır. Tasarım süresince hidrostatik basınç göz önünde bulundurulduğu için, hava boşluğu hacmi azaltılırken, sönümleme performansı artırılmaya çalışılmıştır. Bu nedenle, konik hava boşluğunun ölçüleri ve konumu değiştirilerek optimize edilmiştir. Bununla birlikte, yeni yaklaşımlar olan gong şeklinde ve kum saati şeklinde hava boşlukları ele alınmıştır. Sonuçlar göstermiştir ki, sadece hava boşluğunun şekli değil, ölçüleri ve konumu da akustik performans için oldukça etkilidir. Sonuçlar, yüksek hacimli hava boşluklarının düşük frekans aralığında etkili olduğunu, fakat orta ve yüksek frekanslarda etkili olmadıklarını göstermiştir. Bununla birlikte, gong ve kum saati şekillerindeki hava boşluklarının geniş frekans aralığında yüksek sönümleme sağladığı ve buna ek olarak, gong şeklinde hava boşluğu hacmi literatürdeki modellerden çok daha düşüktür. Bu durum, onun derin sularda kullanılabilirliğini artırır.
Özet (Çeviri)
Acoustic metamaterials have been used commonly for a few decades. Their application fields are very wide from sound isolation to military technology. This thesis, it is aimed to protect underwater vehicles against active sonar systems. Hence, an anechoic metamaterial coating is tried to be designed. For this purpose, a matrix material is chosen that hosts the internal structure of the coating. The matrix material must have several features such as close acoustic impedance to water, resistivity to hydrostatic pressure, suitability for the marine environment, and high material loss factor. Polyurethane (PU) is selected as a matrix material due to its suitable properties. However, at low frequencies, the pure PU does not show good results in terms of acoustic absorption. To overcome this issue, inclusions in different shapes and sizes were added to the matrix material. Since solid inclusions will increase the density considerably, air cavities are preferred as inclusions. More attention is paid to low-frequency absorption, especially below 1 kHz, because of advancing sonar technology. The acoustic performance of the designed models is compared in three frequency ranges: low (0-3 kHz), middle (3-6 kHz), and high (6-10 kHz). The designed models are constructed by considering hydrostatic pressure, hence, the volume of air cavities is tried to decrease while absorption performance is aimed to increase. Therefore, a conical air cavity is optimized by changing its dimensions and location. Also, novel approaches, gong shape air cavities, and sandglass model air cavities are introduced. The results show that not only cavity shape, but also its location and dimensions are highly influential on absorption performance. It is observed that high volume air cavities increase the absorption performance in the low-frequency range, but they are not effective at high frequencies. The gong shape and sandglass air cavities show broadband absorption, also, gong shape air cavity volume is less than literature models. Thus, its usability increases in deep waters.
Benzer Tezler
- Meta-malzemelerin ses iletim kaybı davranışlarının incelenmesi
Investigation of sound transmission loss behaviors of meta-materials
NİLÜFER DERİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK EROL
- Frekans seçici yüzeyler (FSY) ile duyarlılığı iyileştirilmiş mikroşerit yama antenli hibrit yakın alan glikoz tespit sensörü tasarımı
Design of a hybrid near-field glucose sensing sensor based on a microstrip patch antenna with sensitivity enhancement using frequency selective surfaces (FSS)
UMUT KÖSE
Doktora
Türkçe
2026
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MESUT KARTAL
- Metamalzeme tabanlı sensörler ve bu sensörlerin mikrodalga algılamada kullanılması
Metamaterial based sensors and the use of these sensors in microwave detection
GÜLİZ SİLİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FUNDA AKLEMAN YAPAR
- Deformation behavior of thin walled structures filled with auxetic and non-auxetic core materials
Ökzetik ve ökzetik olmayan dolgu malzemeli ince cidarlı yapıların deformasyon davranışı
FATİH USTA
Doktora
İngilizce
2021
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
PROF. DR. FABRIZIO SCARPA
- Design and realization of a broad band antenna loaded with a metamaterial-inspired lens for subsurface microwave imaging applications
Metamalzemelerden esinlenilmiş lens destekli geniş bantlı bir antenin tasarımı, gerçeklenmesi ve yeraltı mikrodalga görüntüleme uygulamalarında kullanımı
ÖMER YEŞİLYURT
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖNÜL SAYAN