Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния проблемы снижения шума от тонкостенных металлоконструкций 11
1.1. Тонкостенные металлоконструкции как излучатели шума и возможные пути его снижения 1 1
1.2. Анализ существующих путей снижения внутреннего шума специальных транспортных средств 18
1.3. Технические средства вибродемпфирования тонкостенных металлоконструкций 19
1.4. Вибродемпфирующие покрытия и их типизация 23
1.5. Вибродемпфирующие покрытия с упруго-волокнистой структурой 29
1.6. Цель и задачи исследования 31
1.7. Методы и средства экспериментальных исследований 34
1.7.1. Измерение характеристик демпфирующих свойств покрытий с упруго-волокнистой структурой 34
1.7.2. Оценка акустической эффективности покрытий 38
1.7.3. Определение модуля упругости вибродемпфирующих покрытий с упруго-волокнистой структурой 42
1.7.4. Обработка результатов исследований 45
1.8. Выводы по первой главе 46
2. Экспериментальное обоснование основных параметров вибродемпфирующих покрытий с упруго-волокнистой структурой 47
2.1. Общая характеристика упруго-волокнистой структуры и обоснование её использования для специальных вибродемпфирующих покрытий 47
2.2. Влияние густоты ворса на эффективность демпфирования 49
2.3. Влияние температурного фактора на эффективность демпфирования 53
2.4. Модуль упругости вибродемпфирующего покрытия с упруго-волокнистой структурой 59
2.5. Выводы по второй главе 63
3. Теоретическое исследование диссипативных свойств вдп с упруго-волокнистой структурой 64
3.1. Вывода по третьей главе 75
4. Акустическая эффективность вибродемпфирующих покрытий с упруго-волокнистой структурой 76
4.1. Экспериментальное исследование влияния размеров покрытия 76
4.2. Влияние густоты ворса ВДП с упруго-волокнистой структурой на его акустическую эффективность 89
4.3. Математическая модель зависимости акустической эффективности ВДП с упруго-волокнистой структурой от его размеров и густоты ворса 93
4.4. Выводы по четвёртой главе 97
5. Практическая реализация разработки 98
5.1. Примеры и результаты практического применения ВДП с упруго-волокнистой структурой 98
5.2. Перспективы применения и развития вибродемпфирующих покрытий с упруго-волокнистой структурой 105
5.3. Выводы по пятой главе 108
Основные выводы и результаты 109
Библиографический список
- Анализ существующих путей снижения внутреннего шума специальных транспортных средств
- Влияние температурного фактора на эффективность демпфирования
- Модуль упругости вибродемпфирующего покрытия с упруго-волокнистой структурой
- Влияние густоты ворса ВДП с упруго-волокнистой структурой на его акустическую эффективность
Введение к работе
Актуальность темы. Настоящая работа посвящена задаче снижения звуковой вибрации металлических ограждающих панелей и оболочек специальных транспортных, транспортно-технологических средств и летательных аппаратов, к которым предъявляются жёсткие требования по минимизации их массы.
С развитием научно-технического прогресса возникла потребность в новых транспортных (ТС), транспортно-технологических средствах (ТТС), и в совершенствовании летательных аппаратов (ЛА), к различным характеристикам которых предъявляются жёсткие требования, в том числе, по минимизации их массы. Так, к ТТС, предназначенным для обработки ядохимикатами сельскохозяйственных культур и внесения удобрений в почву, предъявляются требования по снижению их массы с целью уменьшения давления на почву и растения, для чего оболочка кузова ТТС выполнена из дюралюминия, а в ходовой части используются шины сверхнизкого давления. В амфибийных катерах на воздушной подушке, предназначенных для перевозки пассажиров и грузов как по суше, так и по воде, масса конструкции является одним из главных технических показателей, определяющим энергозатраты на перемещение и ходовые качества. К взлётной массе ЛА предъявляются ещё более жёсткие требования.
Однако с учётом того факта, что в специальных ТС, ТТС и ЛА используются двигатели большой мощности, при работе которых возбуждённые кузовные и фюзеляжные оболочки, различные ограждающие панели становятся мощными источниками и проводниками звуковой вибрации, на водительских и пассажирских местах складываются неблагоприятные условия по шумовому фактору с превышением нормативных значений.
В отличие от иных транспортных средств, стационарных станков и
промышленного оборудования выбор технических средств по снижению шума и звуковой вибрации от оболочек и ограждающих панелей специальных ТС, ТТС и ЛА ограничен, прежде всего, из-за стремления к минимизации массы конструкции в целом.
Как известно, наиболее радикальным и рациональным путём борьбы с шумом является снижение звуковой вибрации в источнике её возникновения, т.е., для решаемой задачи - от поверхностей оболочек и ограждающих панелей.
Проведённый автором анализ существующих средств снижения шума в источнике возникновения, используемых для тонкостенных металлоконструкций (ТМК) в виде пластин и оболочек как излучателей шума, в спектре которых преобладают высокочастотные составляющие, показал, что наиболее приемлемыми и эффективными являются вибродемпфирующие покрытия (ВДП), наносимые на поверхности ТМК, являющихся одновременно источниками и проводниками звуковой вибрации.
Однако применение существующих ВДП (жёстких, мягких и армированных) для специальных ТС, ТТС и ЛА ограничивается, прежде всего, их поверхностной плотностью и выраженной зависимостью диссипативных свойств от температуры.
Выраженная температурная зависимость диссипативных свойств и высокая плотность полимерных материалов, как правило, используемых в конструкции ВДП, связана с механизмом диссипации колебательной энергии в этих покрытиях. Механизм диссипации колебательной энергии зависит от вязкоупругих свойств полимерных материалов и определяется деформацией продольного или поперечного растяжения-сжатия слоя ВДП.
Этих недостатков лишена предлагаемая конструкция ВДП с упруго-волокнистой структурой (УВС), состоящая из двух ворсистых слоев, выполненных на тканевой основе. Каждый слой с одной стороны имеет упруго-волокнистую (ворсистую) структуру. В такой конструкции ВДП за счёт вор-
систой поверхности двух слоев увеличивается площадь их контакта. При этом надёжная фиксация слоев между собой обеспечивается взаимопроникновением ворса и позиционным сухим трением. Диссипация колебательной энергии в системе «пластина - ВДП с УВС», происходит в результате сухого трения в ворсе и его вязкоупругой деформации.
Поверхностная плотность таких анизотропных ВДП с УВС в несколько раз меньше поверхностной плотности существующих изотропных ВДП, причём, диссипативные свойства первых в меньшей степени подвержены температурной зависимости.
Применение упруго-волокнистых структур в конструкциях ВДП ранее не рассматривалось. Поэтому ранее не исследовались такие факторы, как влияние частоты возбуждения, густоты ворса, температуры эксплуатации, размеров покрытия на демпфирующие свойства и акустическую эффективность ВДП с упруго-волокнистой структурой (УВС). Не изучен механизм диссипации колебательной энергии в анизотропных ВДП с УВС. Не существовало расчётных методик демпфирующих свойств ВДП с УВС и акустической эффективности от их применения.
Целью работы является разработка облегчённых вибродемпфирую-щих покрытий для металлических ограждающих панелей и оболочек специальных транспортных, транспортно-технологических средств и летательных аппаратов, к которым предъявляются жёсткие требования по минимизации их массы.
Общая методика исследования построена на сочетании экспериментальных и теоретических методов. В работе применялись: физическое и математическое моделирование, натурное обследование объектов заглушения и натурные испытания ВДП с УВС, стандартные, адаптированные и оригинальные лабораторные методы исследования с использованием современных измерительных средств и компьютерной техники. Полученные результаты
обрабатывались по типовым программам с использованием методов теории вероятностей и математической статистики. Научная новизна работы состоит:
в научном обосновании, разработке и результатах исследования нового вибродемпфирующего покрытия с упруго-волокнистой структурой (ВДП с УВС) для снижения звуковой вибрации тонкостенных металлоконструкций (ТМК);
в установлении и качественной оценке физических факторов диссипации колебательной энергии в системе «пластина - ВДП с УВС»;
в результатах теоретического исследования механизма диссипации колебательной энергии в системе «пластина - ВДП с УВС»;
в результатах экспериментального исследования влияния различных факторов (частоты возбуждения, температуры окружающей среды, густоты ворса) на диссипативные свойства ВДП с УВС;
в результатах экспериментального исследования влияния различных факторов (густоты ворса и размеров покрытия) на акустическую эффективность ВДП с УВС.
Практическая ценность работы. В результате работы созданы и предложены пригодные для практики:
расчётная методика определения коэффициента потерь ВДП с УВС;
эмпирические выражения для приближённой оценки коэффициента потерь в системе «пластина - ВДП с УВС»;
эмпирические выражения для приближённой оценки акустической эффективности от применения ВДП с УВС на возбуждённых ТМК, учитывающие размер и густоту ворса покрытия;
вибродемпфирующие покрытия с упруго-волокнистой структурой (ВДП с УВС);
перспективные пути дальнейшего развития ВДП с УВС.
Опытные образцы ВДП с УВС, являющиеся практическим результатом диссертационных исследований, были внедрены на ЗАО «ТОПАЗ ПЛЮС» (г. Воронеж) для снижения звуковой вибрации кузовов и ограждающих панелей моторного отсека специальных технологических транспортных средств (ТТС), предназначенных для опрыскивания ядохимикатами сельскохозяйственных культур и внесения удобрений в почву.
Результаты натурных испытаний и практика внедрения ВДП с УВС демонстрируют их высокую эффективность по снижению звуковой вибрации, излучаемой возбуждёнными тонкостенными металлоконструкциями (ТМК).
На защиту выносятся:
результаты теоретического и экспериментального исследования влияния густоты ворса ВДП с УВС на эффективность демпфирования звуковой вибрации от ТМК;
результаты экспериментального исследования влияния различных параметров (частоты возбуждения, температуры окружающей среды, густоты ворса) на диссипативные свойства ВДП с УВС;
результаты экспериментального исследования влияния различных параметров (густоты ворса и размеров покрытия) на акустическую эффективность ВДП с УВС;
математическая модель диссипации колебательной энергии в системе «пластина - ВДП с УВС»;
математическая модель зависимости акустической эффективности ВДП с УВС от его размеров и густоты ворса;
эмпирические выражения, устанавливающие зависимость коэффициента потерь ВДП с УВС от частоты возбуждения, густоты ворса и температуры;
эмпирические выражения, устанавливающие зависимость акустической эффективности ВДП с УВС от густоты ворса и размеров покрытия.
Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 10 печатных работах и апробированы на 6 научных конференциях (IV Международная научно-практическая конференция 25-28 мая 2001 г., Ростов-на-Дону; Международная научно-практическая конференция «Высокие технологии в экологии» 21-23 мая 2003 г., Воронеж; Всероссийская научно-практическая конференция 11-12 апреля 2002 г., Красноярск и ежегодные научно-практические конференции профессорско-преподавательского состава ВГЛТА 2001-2003 г.г.).
Образцы ВДП с УВС экспонировались и награждены дипломами VI Международной специализированной выставки «Безопасность и охрана тру-да-2002», проводившейся в Всероссийском выставочном центре (ноябрь 2002 г., Москва), Всероссийской специализированной выставки «Высокие технологии в экологии-2002», проводившейся в Экспоцентре «Агробизнес Черноземья »(25 мая 2002 г., г. Воронеж).
Автор выражает свою искреннюю благодарность научному руководителю заведующему кафедрой «Безопасность жизнедеятельности» ВГЛТА д.т.н. Асминину В.Ф. и аспиранту Енину П.В. за участие и поддержку в работе над кандидатской диссертацией, а также инженерно-техническим работникам, рабочим ряда предприятий за оказанную помощь и содействие при выпуске опытной партии ВДП с УВС и внедрении в производство результатов научных исследований.
Анализ существующих путей снижения внутреннего шума специальных транспортных средств
Общими мерами снижения внутреннего шума автомобилей являются [93]: - уменьшение динамических нагрузок, передаваемых на кузов автомобиля; - увеличение эффективности подвески двигателя, кузова или кабины; - снижение вибрации, передаваемой кузову от системы выпуска; - вибродемпфирование излучающих звук поверхностей; - увеличение звукоизоляции перегородок и стенок салона, кузова, кабины; - применение звукопоглощающих облицовок в замкнутых объёмах.
Шум внутри автомобиля складывается из шума, передаваемого но воз духу, и структурного, вызываемого вибрацией. Доля структурного шума осо бенно высока в легковых автомобилях массового производства, микроавто бусах и грузопассажирских автомобилях, где применяются неуравновешен ные поршневые двигатели с числом цилиндров не более четырёх и устанав ливаются несущие кузова малой массы [93].
Следовательно, важно уделить особое внимание вибродемпфированию кузовов специальных транспортных средств, которые подвержены большей вибровозбудимости вследствие своей низкой массы.
Повышенная вибрация автомобиля может не только вызывать акустический дискомфорт, но и приводить к снижению прочности отдельных деталей и агрегатов автомобиля и даже ухудшать управляемость при большой подвижности несущей системы автомобиля [93]. Этот факт подчёркивает важность и приоритетность вибродемпфирования излучающих звук поверхностей в сравнении с другими мерами снижения внутреннего шума автомобилей. 1.3 Технические средства вибродемпфирования тонкостенных металлоконструкций
Как уже было отмечено, наиболее распространённым и эффективным путём снижения шума в источнике является демпфирование звуковой вибрации ТМК. Таким подходом к решению задачи обеспечивается снижение шума как в непосредственной близости к объекту, так и в помещениях, и на открытых производственных площадках.
Физическая сущность вибродемпфирования изгибных колебаний в стальных пластинах и оболочках - это уменьшение уровня звуковой вибрации путём поглощения энергии механических колебаний и её рассеивание. Мерой поглощения колебательной энергии в системе служит коэффициент потерь Г, определяемый как: энергия, поглощаемая в системе за один период колебания; Wn - максимальное количество потенциальной энергии в системе [59, 62-65]. Увеличить потери колебательной энергии можно: - использованием для конструкций материалов с большим внутренним трением; - присоединением к вибрирующим поверхностям слоя упруговязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение; - применением поверхностного трения (например, при колебаниях изгиба двух скреплённых и прилегающих друг к другу пластин); - переводом механической колебательной энергии в энергию токов Фуко или электромагнитного поля [70]. Вибродемпфирующие устройства любого конструктивного исполнения имеют рабочий орган, который воздействует на возбуждённую пластину (или ТМК), рассеивает или способствует рассеиванию колебательной энергии. Рабочий орган может как контактировать с ТМК, так быть и вне контакта. В первом случае рассеивание колебательной энергии происходит, в основном, за счёт деформации материала рабочего органа. Во втором случае - за счёт других физических факторов, например, электромагнитных с образованием вихревых токов в ТМК.
Для снижения высокочастотной звуковой вибрации от возбуждённых тонкостенных металлоконструкций (в частности, кузовов транспортных средств, ограждающих панелей моторного отсека) наибольшее распространение получили различные приспособления и устройства с контактирующим рабочим органом. В этих приспособлениях и устройствах от простейших до сложных для рабочего органа используются материалы с большими внутренними потерями и обладающие значительной массой. При использовании таких устройств для облегчённых оболочек специальных транспортных средств, к которым предъявляются жёсткие требования по минимизации их массы, возникает проблема, так как последние обладают рядом недостатков, и главный из них - это высокая поверхностная плотность. Па рисунке 2 представлены критериальные требования, предъявляемые к вибродемпфирующим покрытиям, предназначенным для облегчённых оболочек специальных транспортных средств.
В качестве примера на рисунке 3 приведены образцы ВДП, которые выпускаются фирмой Noisebuster (Швеция). Эта фирма предлагает широкий выбор демпфирующих покрытий. Эти материалы предназначены для нанесения на стальные кузовные напели; 1 - это Vibro Damper VD-13 - материал толщиной 1,7 мм с массой меньше половины массы стандартных битумных прокладок с такими же демпфирующими свойствами, как у применяемых при производстве автомобилей, 2 - Damping Faced DFF-4.2S - более тяжёлый материал
Влияние температурного фактора на эффективность демпфирования
Одно из основных требований, предъявляемое к вибродемифирующим материалам, предназначенных для гашения вибраций кузовов транспортных средств, является сохранение демпфирующих свойств в широком температурном диапазоне [44, 55, 59].
Для кузовов транспортных средств (ТС) и технологических транспортных средств (ТТС) (например, предназначенных для опрыскивания ядохимикатами сельскохозяйственных культур), эффективный температурный диапазон используемых вибродемпфируюших материалов должен быть широким, так как в зимнее время года в Центрально-чернозёмном регионе России температура может падать в среднем до минус 20 С, а в летнее под действием прямых солнечных лучей подниматься до плюс 60 С.
В связи с этим исследования влияния температурного фактора на эффективность демпфирования вибродемпфируюших покрытий с упруго-волокнистой структурой проводились в температурном диапазоне от минус 20 С до плюс 60 С [19].
В таблице 2.2 приведены характеристики некоторых демпфирующих материалов, которые производятся для снижения уровня звуковой мощности и вибрации, излучаемых кузовами транспортных средств как за рубежом (фирма «Персторп-Антифои» (Швеция)), так и в России ( ЗАО НПП «Текни-кал Консалтинг»), а также демпфирующие характеристики других материалов, используемых в вибродемпфировании. В сравнении с этими материалами в таблице так же приводятся демпфирующие характеристики покрытия с упруго-волокнистой структурой. Значения коэффициентов потерь приведены в зависимости от температуры в диапазоне от плюс 20 С до плюс 60 С. Таблица 2.2 Характеристики различных вибродемпфирующих материалов
Губчатая резина 4,0 3,0 0,18 0,09 0,05 Анализируя характеристики демпфирующих материалов представленных в таблице 2.2, можно сделать вывод, что подавляющее большинство из них обладают общими недостатками, такими как: - резкое снижение демпфирующей эффективности (коэффициента потерь Ц) при повышении температуры до плюс 60 С; - обладают высокой поверхностной плотностью.
Следует отметить, что значения коэффициентов потерь демпфирующих покрытий (от НПП "Текникал Консалтинг" (Россия) и "Персторп-Антифон" (Швеция)), представленные в таблице 2.2, измерялись на пластине толщиной 1 мм. При увеличении толщины пластины коэффициент потерь этих материалов резко снижается (например, для материала VD-13 при увеличении толщины металлической пластины до 2 мм коэффициент потерь снижается до значения 0,05 при температуре 20 С). Значения коэффициентов потерь остальных материалов, представленных в таблице были измерены при толщине пластины 2 мм.
Характеристики ВДП с упруго-волокнистой структурой, представленные в таблице, резко отличаются на фоне других, так как разработанное виб-родемпфирующее покрытие (ВДП) подвержено меньшему влиянию температурного фактора на эффективность демпфирования, а при увеличение температуры до плюс 60 С демпфирующая способность материала незначительно снижается. Особое внимание надо обратить на удельный вес нового покрытия, он в несколько раз меньше покрытий, представленных в таблице (а так же других существующий ВДП покрытий).
На рисунке 13 представлено сравнение зависимости коэффициента потерь некоторых демпфирующих покрытий с разработанным ВДП в зависимости от температуры эксплуатации, которая изменялась от минус 20 С до плюс 60 С. П=-0.0014T + 0,2385 R2 = 0,9955
Зависимость суммарного коэффициента потерь Цг различных покрытий от частоты Как видно из рисунка 13, коэффициент потерь демпфирующего покрытия с упруго-волокнистой структурой менее подвержен влиянию температуры, чем другие представленные покрытия.
Следует отметить, что исследуемая зависимость 7] от температуры для покрытия с упруго-волокнистой структуры носит линейный характер, и имеет вид: описывая данную зависимость с величиной достоверности аппроксимации R2 =0,9955.
Выражение (2.6) может быть использовано для инженерных расчётов и предварительной оценки ожидаемой эффективности демпфирования покрытия с упруго-волокнистой структурой в зависимости от температуры использования.
На рисунке 14 представлены экспериментально полученные зависимости суммарного коэффициента потерь tlz некоторых демпфирующих покрытий, в том числе и с упруго-волокнистой структурой от частоты Г, Гц.
Анализируя зависимость r/L покрытия с упруго-волокнистой структурой от частоты, видно, что с её увеличением демпфирующая способность разработанного материала возрастает по сравнению с другими представленными материалами. Следовательно, демпфирующее покрытие с упруго-волокнистой структурой обладает наибольшей демпфирующей способностью в высокочастотном диапазоне, что наиболее предпочтительно для демпфирования вибраций тонкостенных металлоконструкций, в спектре шума которых преобладает высокочастотная составляющая.
Модуль упругости вибродемпфирующего покрытия с упруго-волокнистой структурой
Диссипативные свойства вибродемифирующего покрытия (ВДП) характеризуются коэффициентом потерь колебательной энергии, возникающей в конструкционных элементах различных устройств и сооружений. Коэффициент потерь, вносимый ВДП с упруго-волокнистой структурой, можно определить, используя методику волнового механического сопротивления тонких пластин. При этом необходимо учесть, что ВДП с упруго-волокнистой структурой по своим физико-механическим свойствам несколько отличается от традиционных материалов, представляющих собой однородную сплошную среду. Однако это отличие направлено в сторону улучшения технических характеристик материала ВДП с упруго-волокнистой структурой; плотность этого материала значительно меньше плотности материалов обычных ВДП, а волокнистая структура обладает достаточными упругими свойствами, чтобы обеспечить эффективное затухание поперечных колебаний тонкостенных металлических конструкций [38, 52, 57, 72, 92]. Рассеивание энергии колебаний в упруго-волокнистой структуре происходит за счет упругих деформаций самих волокон, а так же за счет взаимного сухого трения этих волокон друг о друга.
Определим суммарный коэффициент потерь, вносимый вибродемпфирующим покрытием, на основе методики определения механического волнового сопротивления тонких пластин [94].
Примем следующие обозначения: тк. - масса k-ого слоя составной пластины единичной площади, где к=1,2,3,4; 1ц - толщина к-ого слоя составной пластины, м; Ек - модуль Юнга, Н/м2; - поперечное перемещение пластины, м; х - координатная ось, вдоль которой располагается нейтральная ось пластины, м; со - частота колебаний, с"1; к - волновое число изгибных волн; F(.Y) - интенсивность поперечных усилий, Н; Р - продольные усилия, Н; Z - волновое сопротивление; W0 - энергия поглощаемая и излучаемая составной пластиной за половину периода колебаний, Вт; Wn - энергия, содержащаяся в составной пластине, Вт;
В - изгибная жёсткость пластины; D - продольная жёсткость пластины; г/ - коэффициент потерь; мнимая единица.
Расчётная схема для определения суммарного коэффициента потерь пластины с ВДП из упруго-волокнистого материала показана па рисунке 17.
Одной из важных характеристик, определяющих эффективность демпфирующего покрытия, является коэффициент потерь: где Zc - волновое сопротивление пластины с демпфирующим покрытием; ZC - упругая составляющая волнового сопротивления пластины с демпфирующим покрытием; Поперечное волновое сопротивление пластины Ze можно определить из уравнения движения пластины, по которой распространяется вынужденная изгибная волна: (3.2)
Расчётная схема для определения суммарного коэффициента потерь пластины с ВДП из упруго-волокнистого материала (1 - металлическая пластина, 2 - слой тканого материала, контактирующий с пластиной, 3 - слой из упруго волокнистой структуры, 4 - наружный слой из тканого материала.)
Из выражения (3.4) находим волновое механическое сопротивление пластины по отношению к поперечным распределённым усилиям, т.е. поперечное волновое сопротивление: F0 . В-к4 Ze = -7— = I ф /И + (3.5) Волновое сопротивление пластины складывается из двух видов волнового сопротивления: поперечного волнового сопротивления Z, и продольного - Z,, которое может быть определено из соотношения:
Виброноглощающее покрытие, нанесённое на демпфируемую пластину, вносит дополнительное сопротивление её перемещению. Величина этого сопротивления определяется соответствующим волновым сопротивлением слоев, образующих вибропоглощающес покрытие. Слой материала, нанесённый на такую пластину, будет препятствовать обоим видам перемещения её поверхности. Волновое сопротивление поперечным перемещениям пластины с демпфирующим покрытием определяегся как алгебраическое сложение волнового сопротивления каждого слоя. Волновое сопротивление слоя продольным перемещениям поверхности пластины можно добавить к основному волновому сопротивлению.
Влияние густоты ворса ВДП с упруго-волокнистой структурой на его акустическую эффективность
Исследования демпфирующих свойств покрытий с упруго-волокнистой структурой позволили получить зависимости изменения суммарного коэффициента потерь i]v от частоты возбуждения и от коэффициента густоты ворса Х В предыдущей главе было показано, что значение суммарного коэффициента потерь в системе «пластина-покрытие с упруго-волокнистой структурой» зависит от коэффициента густоты ворса и частоты возбуждения. Однако диапазон частот, для которых были показаны данные зависимости, был ограничен максимальной частотой 2000 Гц, так как методика составных стержней с применением прибора 3930 «В&К», которая использовалась при экспериментальных исследованиях демпфирующей эффективности разработанного покрытия, позволяет получать надёжные результаты именно до этой частоты возбуждения.
Следовательно, используя эту методику, невозможно исследовать демпфирующие характеристики покрытия для всего нормируемого диапазона частот по шуму (до 8000 Гц), а для покрытий, предназначенных для демпфирования тонкостенных металлоконструкций (ТМК), наибольший интерес представляет исследования их эффективности в высокочастотном диапазоне, так как ТМК характеризуются высоким излучением шума именно в этом диапазоне частот. Поэтому, необходимо более детальное исследование акустической эффективности вибродемпфирующих покрытий с упруго-волокнистой структурой в нормируемом диапазоне частот по шуму.
Известна формула приближённой оценки потенциального снижения уровня звукового давления (AL, дБ), обеспечиваемого вибродемпфируюшим покрытием на определённой частоте вибрации пластины [55, 67, 76, 79, 85]: где rjv - коэффициент потерь вибрирующей пластины с вибродемпфируюшим покрытием; т]{ - коэффициент потерь вибрирующей пластины без вибродемпфи рующего покрытия. Однако оценить акустическую эффективность покрытия по значению снижения уровня звука AL можно только экспериментальным путём. Для этих целей был проведён второй этап экспериментальных исследований по методике, описанной в разделе 1.6.2.
Помимо собственных демпфирующих свойств покрытий, акустическая эффективность от их применения зависит от отношения толщин покрытия /ь и пластины Л,, отношения площадей покрытия 52и пластины 5,, а применительно к покрытию из упруго-волокнистой структуры и от коэффициента густоты ворса х [20].
Исследование снижения уровня звукового давления при различных значениях соотношения толщин покрытия с упруго-волокнистой структурой и пластины /г2/Л затрудняется технологическим процессом изготовления покрытий, гак как для этого потребуется увеличить длину волокон изготавливаемых покрытий, для чего необходимо использование другого оборудования или переналадка имеющегося.
Поэтому, исходя из толщины (0,5 - 3 мм) реальных тонкостенных металлоконструкций, и на основании рекомендуемого выбора толщины демпфирующего покрытия /ь = 1,5-2/м, и учитывая, что в методике для определения акустической эффективности, описанной в разделе 1.6.2, используется пластина толщиной 2 мм, то для всех последующих экспериментов толщина покрытия была выбрана /ь =3 мм и, соответственно, отношение толщин h2lhx =1,5.
Для исследования влияния соотношения площадей покрытия с упруго-волокнистой структурой S2 и пластины Sl на акустическую эффективность были использованы образцы в форме квадрата, которые накладывались на центр пластины и фиксировались на ней с помощью клея БФ-6. Соотношения площадей S2 /5, было выбрано: 1; 1/2; 1/4; 1/8.
Полученные спектры уровня звукового давления, излучаемого пластиной, при нанесении на её поверхность покрытия с упруго-волокнистой структурой для различных соотношений площадей S2/S1 представлены на рисунках 20а, б, в, г.
Из представленных зависимостей видно, что, в диапазоне частот от 1000 Гц до 8000 Гц вибродемпфирующее покрытие с упруго-волокнистой структурой снижает уровень звукового давления, излучаемый пластиной на 8 дБ при соотношении площадей пластины и покрытия S2/S 1 = 1. Следовательно, в этом диапазоне частот разработанное покрытие демонстрирует постоянную акустическую эффективность. Этот же эффект наблюдается и при уменьшении соотношения площадей S2/Sl = l/2, 1/4, 1/8, при этом снижение уровня звукового давления соответственно будет 7, 6, и 4 дБ в указанном выше диапазоне частот. представлена диаграмма, на которой отражены спектры излучения звука пластиной при различных значениях отношения площадей пластины и покрытия S2/S1 и которая более наглядно демонстрирует акустическую эффективность разработанного покрытия в среднегеометрических октавных полосах от 250 Гц до 8000 Гц. На этой диаграмме более наглядно демонстрируется эффект, о котором говорилось выше
Похожие диссертации на Обоснование и разработка вибродемпфирующего покрытия с упруго-волокнистой структурой
