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: 93
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
- Terahertz (THz) frekansta çalışan meta malzeme soğurucu tasarımı
Design of a metamaterial absorber operating at terahertz (THz) frequency
İLHAN DAŞDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBatman ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULKERİM ÖZTEKİN
- A novel design reconfigurable antenna based on the metamaterial for wearable applications.
Giyilebilir uygulamalar için meta malzemeye dayalı yeni bir tasarım yeniden yapılandırılabilir anten.
MOHAIMEN QAHTAN AL-GBURI
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Mühendislik BilimleriAltınbaş ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMAD ILYAS
- A novel MIMO antenna array based metamaterial for 5G wireless communication networks
Başlık çevirisi yok
LEENA ALI KAREEM AL-MAFRACHI
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAltınbaş ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMAD ILYAS
- Rezonatör tabanlı çoklu-bant soğurucu tasarımı ve sensör uygulamaları
Design of resonator based multi-band absorber and sensor applications
ALPARSLAN ÇINAR
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAkdeniz ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SIDDIK CUMHUR BAŞARAN