- •Механические колебания и виброакустическая защита транспортно-технологических строительных машин
- •«Наземные транспортно-технологические комплексы»
- •Введение
- •Характеристики сил в механизмах
- •1.1. Движущие силы
- •. Силы сопротивления
- •. Силы трения
- •. Силы упругости
- •. Импульсные и ударные силы
- •2. Уравнения движения механизмов
- •2.1. Число степеней свободы
- •2.2. Жесткость
- •2.3. Уравнения движения механической системы с одной степенью свободы.
- •2.4. Кинематика гармонического движения
- •2.5. Учет массы пружины
- •2.6. Вынужденные колебания
- •2.7. Резонанс
- •2.8. Кинематическое возбуждение
- •2.9. Инерционное возбуждение
- •2.10. Экспериментальное определение собственной частоты
- •2.11. Сложное (полигармоническое) возбуждение
- •2.12. Круговые колебания. Критическая частота вращения вала
- •2.13. Различные виды трения при колебаниях
- •3. Колебания системы с двумя степенями свободы
- •3.1. Собственные колебания
- •3.2. Вынужденные колебания
- •4. Вибрация и способы ее снижения
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Основные конструкционные особенности зтм.
- •4.3. Общая характеристика источников виброакустической энергии
- •4.4. Методы и средства снижения виброакустической энергии
- •5. Виброизоляция
- •5.1. Линейный виброизолятор
- •5.2. Виброизоляция при ударном воздействии
- •5.3. Виброизоляция при случайном воздействии
- •6. Динамическое гашение колебаний
- •6.1. Пружинный динамический гаситель
- •6.2. Динамический поглотитель колебаний
- •6.3. Динамический поглотитель колебаний крутильной системы
- •6.4. Ударные гасители колебаний
- •7. Уравновешивание механизмов и машин
- •7.1. Общие сведения об уравновешивании
- •7.2. Уравновешивание вращающегося тела
- •8. Вибропоглощение
- •8.1. Природа и характеристики потерь колебательной энергии в твердых телах
- •8.2. Расчет вибропоглощающих покрытий и конструкций
- •8.3. Конструкционные материалы с большими внутренними потерями
- •9. Характеристики вибрации, определяющие ее действие
- •9.1. Показатели интенсивности вибрации
- •9.2. Показатели спектрального состава вибрации
- •9.3. Допустимые значения уровней вибрации
- •Определение коэффициентов передачи при виброизоляции
- •9.5. Пассивная и активная виброизоляция сиденья самоходной машины
- •9.6. Виброизоляция автомобильных и тракторных двигателей
- •10. Теория и практика борьбы с шумом
- •10.1. Актуальность проблемы борьбы с шумом
- •10.2. Перспективы борьбы с шумом
- •10.3. Основные понятия и определения
- •10.4. Излучение и распространение звука
- •10.5. Распространение звука в помещении
- •10.6. Поглощение, отражение и прохождение звука
- •10.7. Интерференция звука
- •10.8. Дифракция звука
- •11.1. Характеристика шума
- •11.2. Спектральные и временные характеристики шума
- •11.3. Сложение шума двух и более источников
- •11.4. Перевод узд в уз
- •11.5. Вычитание уз (узд)
- •11.6. Расчет эквивалентного уз
- •11.7. Нормы шума на рабочих местах
- •11.8. Технические нормы шума машин
- •11.9. Нормирование ультразвука и инфразвука
- •12. Источники шума
- •12.1. Классификация
- •13. Механический шум
- •13.1. Зубчатые передачи
- •13.2. Подшипники
- •13.3. Роторы
- •13.4. Кулачковые механизмы
- •14. Аэродинамический шум
- •14.1. Шум струи
- •14.2. Шум вентиляторов
- •15. Гидродинамический шум
- •15.1. Источники шума
- •15.2. Шум гидронасосов
- •16. Электромагнитный шум
- •16.1. Электрические машины
- •16.2. Трансформаторы
- •17. Расчет звука в помещении от наружнего источника
- •17.1. Расчет структурного звука
- •17.2. Расчет эффективности звукоизолирующего капота
- •18. Характеристики шума в кабинах строительных
- •18.1. Характеристики внешнего шума
- •18.2. Снижение шума в кабинах. Методы и средства
- •18.3. Звукоизоляция и звукопоглощение
- •18.4. Виброизоляция и вибродемпфирование
- •18.5. Снижение внешнего шума
- •18.6. Глушители шума выпуска отработавших газов двигателей
- •Часть четвертая
- •19. Задачи и методы прогнозирования
- •19.1. Системный анализ
- •19.2. Математическая модель виброакустического процесса
- •19.3. Используемые конечные элементы
- •Формирование топологии и базы исходных данных
- •20.1. Топология и физико-геометрические характеристики элементов конструкции машины1
- •20.2. Аппроксимация конечными элементами колесного погрузчика
- •20.3. Сопоставление результатов численных исследований (мкэ)
- •20.4. Определение вклада воздушного и структурного шума
- •Виброакустические исследования дорожного
- •21.1. Топология дорожного снегоочистителя типа дэ-2101
- •Анализ результатов численных исследований мкэ виброакустического процесса на снегоочистителе
- •Первая часть:
- •Второй часть:
- •Третья часть:
- •Четвертая часть
- •Приложения
- •И их значений в м/с и м/с2 соответственно
- •Сведения об авторе
- •Механические колебания и виброакустическая защита транспортно-технологических строительных машин
10.5. Распространение звука в помещении
В классической акустике рассматривается образование звукового поля источником, расположенным в помещении. При этом в помещении возникает совокупность вынужденных стоячих волн на частотах источника звука. При выключении источника стоячие волны начинают затухать, приобретая характер свободных колебаний (свободными называются колебания, происходящие в системе после вывода ее из положения равновесия и предоставления самой себе); колебания происходят на собственных (резонансных) частотах, возбужденных перед выключением источника звука. Затухание свободных колебаний в замкнутом объеме называется реверберацией.
Замкнутый объем способен в той или иной мере поглощать падающую на его ограждения звуковую энергию. Спектр собственных частот воздушного объема помещения длиной l1, шириной l2 и высотой l3 определяется по формуле
, (10.15)
где n1, n2, n3 – любые целые числа или ноль; с – скорость звука в воздухе (с = 340 м/с).
С повышением частоты f число частот собственных колебаний в замкнутом объеме увеличивается. Поэтому на низких частотах возникают одиночные или немногие колебания воздушного объема, на высоких частотах число одновременно возбужденных колебаний становится большим, а спектр – сплошным.
Если размеры помещения не слишком малы по сравнению с длиной волны, то собственные частоты располагаются настолько плотно, что любая составляющая спектра источника шума возбуждает ряд собственных колебаний объема. Акустическое поле, образующееся в этом случае, называется диффузным. Для диффузного поля постулируется важное свойство: все звуковые волны в нем некогерентные, поэтому отсутствуют явления интерференции. Диффузное звуковое поле – основное понятие статистической теории, с помощью которой выполняются расчеты звука в помещениях. Данное поле характеризуется изотропностью (равновероятностью направлений прихода звука в точку помещения) и однородностью (равномерным распределением уровня звука в любую точку помещения) и однородностью (равномерным распределением уровня звука и уровня звукового давления по объему помещения). Это позволяет применять в акустических расчетах метод энергетического суммирования: в любой точке объема уровни звука и уровни звукового давления суммировать по специальному закону.
Число собственных частот помещения (N) ниже определенной граничной частоты (fгр) рассчитывается согласно формуле
, (10.16)
где V – объем помещения; с – скорость звука.
Формула (10.16) используется для вычисления fгр – граничной частоты, выше которой возможно применение статистической теории в расчетах. Значение N выбирается из принятых допущений, и чем меньше N, тем ниже fгр и шире диапазон частот применимости статистической теории.
Известное строгое условие Майера для границы диффузного звукового поля (N = 20) выглядит так:
. (10.17)
Менее строгое условие (N = 10):
. (10.18)
Условие для малых замкнутых объемов, например звукоизолирующих капотов и кабин (N = 5):
. (10.19)
Основы статистической теории были заложены У. Сэбином в начале XX в. Сэбин установил важную связь между объемом помещения и его акустическими характеристиками. Формула Сэбина определяет стандартное время реверберации Т в помещении, т.е. время, в течение которого интенсивность звука уменьшается в 106 раз, а уровень звукового давления падает на 60 дБ:
, (10.20)
где A – эквивалентная площадь звукопоглощения в помещении.
Чем меньше отражений, тем меньше время реверберации, а чем больше время реверберации, тем более гулкое помещение.
Помимо статистической теории для расчета звуковых полей используются волновая и геометрическая теории акустики.
Волновая акустика рассматривает описание звуковых процессов с позиций волновой природы звука как строгую физическую задачу. Сложность математического аппарата не позволяет получить инженерные методики расчета. Эта теория изучает идеальные процессы и условия (например, идеальные границы – абсолютно мягкую или абсолютно жесткую), что также затрудняет ее использование в реальных задачах. На основе волновой акустики можно оценить влияние поверхностей на виды волн, процессы затухания колебаний, а также определить границы применения других теорий.
Геометрическая акустика является предельным случаем волновой, она более проста и наглядна. Эта теория оперирует понятием звукового луча. Звуковое поле представляется в виде лучей, построенных по законам оптики. Методы геометрической акустики применимы, если длина звукового луча (l) больше длины звуковой волны (или равной ей), т.е. l ≥ λ. Они достаточно сложны, не универсальны и применяются в основном для средних и высоких частот. С их помощью описываются звуковые поля в протяженных замкнутых объемах, решаются задачи отражения звука от поверхностей. Например, плотность отраженной звуковой энергии определяется так:
, (10.21)
где Епад – плотность падающей энергии; αпов – коэффициент звукопоглощения отражающей поверхности.
Отметим, что условия диффузности звукового поля в большей степени соблюдаются при расположении источников шума снаружи замкнутого объема. Если источник находится внутри помещения, звуковое поле имеет более сложный характер (рис. 10.5).
В помещении можно различать прямой звук от источника и отраженный – от ограждающих поверхностей. Вблизи источника наблюдается спад УЗД с увеличением расстояния до тех пор, пока отраженный звук не начнет превалировать над прямым.
Рис. 10.5. Спад уровня звукового давления с увеличением расстояния от источника в помещении:
ближнее (I) и дальнее (II) звуковое поле; область прямого (III) и отраженного (IV) звука