Введение к работе
Актуальность темы. Определение и анализ виброакустических характеристик распределенных систем является одним из наиболее важных и сложных прикладных разделов акустики. Важность связана с практической деятельностью, направленной на борьбу с шумами и вибрациями в промышленности и на транспорте. Сложность обусловлена тем, что точный расчет акустических характеристик распределенных систем, содержащих виброактивные источники, зачастую невозможен в связи со сложными типами колебаний конструкции и их слабой свяэью с акустическим полем. Стоит отметить, что такая слабая связь приводит к тому, что основная доля вибрационной энергии источника, передаваемая конструкции, уходит на внутренние потери и только малая часть (малые доли процента) - в акустическое поле. Это накладывает жесткие требования на точность задания параметров системы для проведения количественных расчетов, что не всегда можно сделать a priori.
Указанные трудности, возникающие при использовании математических методов, преодолимы при использовании экспериментальных методов, например, методов физического моделирования, суть которых заключается в воспроизведении на моделях физических процессов, подобных процессшл в оригинале и экспериментальном их исследовании.
На практике используется приближенное моделирование, поскольку абсолютное подобие не имеет места. Бри этом возникают проблемы определения акустических характеристик модели ( поскольку виброактивные источники заменяются их пассивными моделями) и оценки достоверности акустических параметров натуры, полученных в результате экспериментов с моделью.
Поэтому актуальной задачей является разработка критериев акустического моделирования, методов и средств акустических испытаний с моделями объектов, предназначенных для определения эффективности альтернативных решений, направленных на снижение акустического излучения распределенных систем на ранней стадии проектирования.
Цель диссертационной работы - разработка экспериментальных методов исследования виброакустических характеристик рас-
- 4 -рределенных систем, разработка критериев сопоставления результатов исследований на моделях и натуре, проведение исследовании по разработанным методикам по выяснению влияния конструктивных неоднородностей на виброакустические поля распределенных систем; исследование механизмов формирования акустических полей неоднородных механических систем, развитие методов диагностики целостности конструкций на основе анализа вибрационного отклика на внешнее возбуждение.
Методы исследования. Эксперимент на современной технической базе.. Использовались соотношения подобия, основывающиеся на общих соотношениях математической физики и акустики для определения критериев моделирования акустического излучения распределенных систем. Определение реальных возможностей и надежности полученных результатов проводилось на специально оборудованных стендах и полигонах, оснащенных современной виброизмерительной, акустической, вычислительной техникой, по специально разработанным методикам. Научная новизна.
-
Разработана- экспериментальная методика и техника для проведения акустических испытаний с физическими моделями распределенных систем.
-
Разработана и проверена в лабораторных условиях методика комбинированного моделирования для изучения процесса зву-коизлучения в жидкости.
3. Экспериментальным путем выяснено влияние упругоинерци-
онных неоднородностей на вибрационные и акустические свойства
цилиндрических оболочек. Указаны физические причины, приводящие
к расхождению результатов эксперимента и численного расчета.
Даны конкретные рекомендации по конструированию механических
систем с низкими вибрационными и акустическими свойствами.
-
Получены на основе экспериментов оценки предельно возможной акустической мощности, излученной резонансной компонентой вибраций распределенной механической системы.
-
Предложен в качестве диагностического признака наличия трещин в конструкции экспериментально обнаруженный эффект генерации субгармоник основной частоты возбуждения вблизи трещин при вибрационных испытаниях фундаментных конструкций.
Практическая ценность. Результаты, представленные в диссертации позволяют:
- использовать разработанные методики и схемы акустичес
ких измерений для проведения испытаний с физическими моделяш
с целью оценки альтернативных решений по снижению звукоизлуче-
ния на ранней стадии проектирования;
- применяя метод комбинированного моделирования, опреде
лять акустические характеристики сложных объектов в жидкости
без использования непосредственных измерений на акустических
полигонах;
- использовать на практике конкретные рекомендации по
снижению вибрационных и акустических свойств механических кон
струкций, например, определять величину инерционной неоднород
ности в точке приложения силы для подавления резонансов конст
рукции и снижения акустического излучения;
проводить оценки предельных уровней излучения механических систем по минимальному числу параметров ( величине действующей силы, реальным частям механического и акустического импедансов) , что важно при проведении инженерных расчетов;
использовать в качестве диагностического признака наличия трепшн з конструкции эффект генерации субгармоник основной частоты возбуждения;
использовать алгоритм определения параметров вибрирующих мембран-полос и пластин-полос (таких как тип краевых условий, геометрические размеры и материал системы) по спектрам собственного акустического излучения.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции "Вибродиагностика. Оценка технического состояния механизмов и разделение источников шума Проблемы стандартизации" ( Горький, 1984г.), на Второй Всесоюзной конференции по механике неоднородных структур ( Львов, 1987г.), на Всесоюзной конференции ВНИИНЫ "Волновые и вибрационные процессы в машиностроении" ( Горький, 1989г. ), на Всесоюзном симпозиуме " Взаимодействие акустических волн с упругими телами" ( Таллинн, 1989г. ),на 3 Всесоюзной конференции " Вибрация и вибродиагностика. Проблемы стандартизации" ( Е Новгород, 1991г.), на 2 международном конгрес-
- б -
се по последним достижениям в исследованиях воздушного шума, структурного звука и вибраций (г.Оберн, штат Алабама, США, 1992г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, включая 1 авторское свидетельство.
Структура и объем работы. Диссертация состоит ив введения, трех глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 181 стр. текста, включая 43 рисунка. Список литературы составляет 175 наименований.
