книги / Справочник по судовой акустике

Импеданс слоя очень большой толщины (/ -> оо)

§11.5. ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЕ ПРИ ВЫСОКИХ УРОВНЯХ ЗВУКОВОГО ДАВЛЕНИЯ ♦

Высоким уровнем звукового давления (ВУД) считают такой уровень, при котором кроме частотной зависимости появляется амплитудная зависимость импеданса и КЗП звукопоглощающих материалов. Нелинейность импеданса

вбольшей степени проявляется у перфорированных панелей, начиная с ВУД »

æ100 дБ, т. е. с уровня, часто наблюдающегося на судах. Зависимость импеданса и КЗП от ВУД можно определять экспериментально или рассчитывать по эмпири­ ческим формулам.

*Параграф написан И. В. Лебедевой.

Для расчета импеданса тонкого слоя пористого материала в нелинейной области используются данные измерений линейного импеданса и сопротивления постоянному потоку ос в зависимости от его скорости [22]. В линейной области акустическое R и гидродинамическое ас сопротивления имеют практически оди­ наковые значения. При амплитудах колебательной скорости (для стс — при ско­ ростях потока), превышающих несколько метров в секунду, значения R u <jc начинают возрастать с повышением скорости, причем между ними существует

Удельное сопротивление единичного отверстия в панели при ВУД R = R0--j- + £р£, где нелинейная добавка пропорциональна амплитуде колебательной ско­ рости в отверстии | (Л « 1).

Когда | > Ёкрнт» добавка становится во много раз больше R0 неполностью

определяет активные потери в отверстии. Значение R = р£ является предельным для удельного сопротивления отверстия ’любого диаметра при ВУД. Учитывая трансформацию импеданса от отверстия к ячейке панели, можно использовать это обстоятельство для получения высоких КЗП с отверстиями большого диа­ метра в полях высокой интенсивности. Нелинейные эффекты сильнее проявляются у тонких панелей.

Полное развитие нелинейных эффектов наступает при |крит > 10 м/с. На прак­

тике удобнее пользоваться не £крИт, а граничным ВУД падающего звука ркрит» Па, который для резонансной частоты оценивается по эмпирической формуле [191:

На рис. 11.9 приведены рассчитанные по этой формуле значения граничных ВУД (выше которых нелинейный член становится превалирующим) в зависимости от коэффициента перфорации rj. Современная техника создает такие уровни, которые превышают ркрит даже для rj = 40% (рКрит = 153,2 дБ). Отклонение же значений импеданса от линейного значения начинается при значительно меньших

скоростях (£ > 1 м/с) и соответственно при меньших ВУД.

квадратной трубы с жесткими стенками. Диаметр образца равен сечению трубы. На другом конце трубы помещается излучатель, возбуждаемый от генератора зву­ ковой частоты. Приемником служит зонд (полая металлическая трубка диаметром 3— 4 мм), вводимый в трубу и соединенный с капсулой, в которой находится ми­ крофон. Напряжение с микрофона'подается на измерительный усилитель с филь­ тром (для исключения влияния гармоник). Звуковые волны, падая на образец, отражаются, и в трубе создаются стоячие волны.

Зонд может вносить искажения, поэтому нужно определить так называемую поправку на зонд. Для этого, поместив на конце трубы жесткую стенку, отмечают координату первого минимума, который в этом случае теоретически должен находиться на расстоянии А* = Я/4. Разница между подсчитанным и измеренным значениями А* и есть поправка на зонд. Необходимо найти частотную зависи­ мость этой поправки и учитывать ее при измерениях.

Верхняя частотная граница, до которой можно производить измерения, для

рой можно проводить измерения в интерферометре длиной I, равна f = c/4l. Чтобы измерить К£П, нужно измерить давление в максимуме ршх и мини­

где R и X — действительная и мнимая части величины YZ.\il'x.

Определить Wm и ут можно и по измерениям импеданса Z{ слоя толщиной /,

Первое слагаемое учитывает поглощение закрытой образцом поверхности РК

(обычно а < а, и при вычислении им можно пренебречь). Последний член связан с изменением поглощения в воздухе при изменении температуры и влажности во время измерений.

Рекомендуется измерять Т0 и Т при одних и тех же условиях. Тогда

У образца ограниченных размеров из-за так называемого «краевого эффекта», обусловленного дифракцией на границе образца, измеренные значения а зависят от площади образца и могут превышать единицу [12]. Для РК объемом 200 м3рекомендуются образцы площадью 10— 12 м2 в форме прямоугольника с отноше­ нием сторон 0,7 : 1, Образец монтируют заподлицо с полом или закрывают его боковые грани деревянными рейками, чтобы исключить поглощение боковыми поверхностями.

Для сохранения диффузности при внесении звукопоглощающего образца в объеме РК развешивают рассеивающие элементы в виде произвольно ориенти­ рованных, слегка согнутых листов из жесткого материала, размеры которых соизмеримы с Длиной волны. Косвенной характеристикой диффузности служит однородность поля в стационарном режиме и линейность спада уровня звукового давления, выраженного в децибелах, во время реверберации.

Частотную зависимость КЗП следует измерять с третьоктавиыми полосами белого шума, относя измеренные значения ад к среднегеометрическим частотам полосы. В (11.6.13) нужно подставлять значения 71, усредненные_по времени (три записи в одной точке) и по пространству (три положения микрофона). Чтобы экспериментальные данные были статистически независимыми, точки измерений

должны быть удалены от ограждающих поверхностей, от поглощающего образца, от источника звука и друг от друга на расстояния 1^Х/2.

Обработку записей, сделанных на самописце, производят в области спада давления от — 5 до — 35 дБ от стационарного уровня. Время реверберации опре­ деляют по наклону реверберационных кривых с помощью специального транспор­ тира, входящего в комплект 'измерительной аппаратуры. Записи, имеющие не­ линейный спад, в расчет не принимаются.

В РК молено измерять значения а также в стационарном режиме, пользуясь так называемым «методом интенсивностей». Для этого определяют плотность энергии или пропорциональное ей среднеквадратичное звуковое давление в пу­

\Р1/ Ао

разцом Ai и диффузный КЗП образца. Преимущество измерения КЗП в стацио­ нарном режиме состоит в том, что на его точность не влияет постоянный уровень помех. В стационарном режиме определяется также средняя звуковая мощность источников:

ч

В стационарном режиме можно производить измерения не только с третьоктавными, но и с более узкими полосами шума, с мультитонами и дискретными частотами. В этих случаях звуковое поле в РК описывается соответственно сред­ ним значением измеряемой величины, пределами отклонения от среднего (напри­ мер, нормированной дисперсией а2) и доверительной вероятностью этих пределов

Р ( р2). В неоднородном поле, возбуждаемом чистым тоном, нормированная

дисперсия единичного измерения р2 равна единице. При усреднении по п стати­ стически независимым точкам пространства точность повышается в п раз: of = = 1In. Когда усреднение производится при непрерывном движении по некоторой" траектории длиной /, число эквивалентных статистически независимых точек / г = 1 + 21/К.

IL З и н ч е н к о В. И., З а х а р о в В. К. Снижение шума на судах.

Л., Судостроение, 1968.

12.Л е б е д е в а И. В. К вопросу о методике измерения коэффициента

ных панелей при высоких уровнях звукового давления. — В кн.: Звукоизоли­ рующие и звукопоглощающие конструкции в строительстве и на транспорте, ЛДНТП, 1974, с. 88—91.

14. Л е б е д е в а И. В., Ш к о л ь н и к о в а А. А. Исследование ре­ верберационного поля в стационарном режиме. — Вестник Московского уни­

Глава 12

ВИБРОИЗОЛЯЦИЯ СУДОВЫХ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ

§12.1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ВИБРОИЗОЛИРУЮЩИХ АМОРТИЗИРУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ И КРЕПЛЕНИЙ

Назначение и виды конструктивной амортизации. Конструктивная амортизация оборудования состоит в осуществлении специального крепления, называемого амортизирующим, которое устраняет непосредственный контакт амортизируемого объекта с несущими конструкциями и другими присоединяе­ мыми к нему внешними связями, препятствуя тем самым передаче нежелательных динамических воздействий.

Амортизация, осуществляемая с целью защиты амортизируемого объекта от динамических воздействий, распространяющихся со стороны соседних с ним конструкций, называется пассивной. Активной амортизацию называют в том слу­ чае, когда амортизируемый объект является источником либо содержит в себе источник динамических воздействий, от которых должны быть защищены окру­ жающие конструкции или оборудование. Таким образом, целью активной амор­ тизации является изоляция источника вредных динамических воздействий.

Для случая активной амортизации характерно прямое силовое воздействие на амортизируемый объект, т. е. непосредственное приложение к нему возмуща­ ющих усилий (рис. 12.1, а), причем места приложения усилий часто не совпадают с местами механического контакта объекта и окружающих конструкций. В слу­ чае пассивной амортизации амортизируемый объект подвергается так называе­

мому кинематическому воздействию: внешними возмущениями, вызывающими вибрацию объекта, являются колебания мест его крепления к несущим конструк­ циям (рис. 12.1, б).

Иногда неамортизированное оборудование испытывает значительную вибра­ цию из-за того, что оно вместе с фундаментом и (или) с другими несущими кон­ струкциями образует колебательную систему, резонирующую с действующими на нее возмущениями. В этом случае включение в систему амортизирующего крепле­ ния, изменив собственную частоту системы, выводит ее из резонанса.

Амортизирующее крепление называется виброизолирующим (звукоизоли­ рующим) в том случае, когда оно уменьшает передачу вибрации или усилий, вызывающих вибрацию. Ниже речь будет идти о виброизолирующих амортизи­ рующих креплениях, причем изолируемые динамические воздействия будут

—неопорные амортизаторы, называемые также упорными, которые пред­ отвращают недопустимые перемещения объекта относительно фундамента и окру­ жающего оборудования при качке, при больших углах крена и дифферента. В слу­ чае, если необходимое ограничение перемещений амортизированного объекта обеспечивается опорными амортизаторами, применение упорных амортизаторов не требуется;

—амортизирующие вставки (сильфоны, дюриты, гибкие патрубки, гибкие рукава и шланги) в подвешенные к амортизированному объекту трубопроводы;

—амортизирующие вставки (гибкие муфты) в присоединенные к амортизи­ рованному объекту валопроводы;

—гибкие участки подключенных к амортизированному объекту кабелей.

Последние три типа амортизирующих конструкций относятся к виброизолйрующим устройствам неопорных связей механизмов (трубопроводов, валопроводов, кабелей).

Однокаскадное и двухкаскадное крепление. Амортизирующее крепление, в котором все амортизаторы работают параллельно, называется однокаскадным. Два последовательно соединенных однокаскадных крепления образуют двух­ каскадное амортизирующее крепление и в качестве его составных частей полу­ чают наименование амортизирующих каскадов. Внутренний каскад примыкает непосредственно к амортизируемому объекту, внешний, или наружный, каскад — к несущим конструкциям. Между каскадами расположены объединяющие их промежуточные конструкции, например платформа или рама.

Характеристики эффективности амортизации. Об эффективности виброизо­ лирующей амортизации можно судить по величине достигаемого снижения вибра­ ции и динамических нагрузок в характерных точках защищаемой конструкции. В случае установившегося гармонического режима удобно сравнивать амплитуд­

перемещения у, скорости у или ускорения у при отсутствии амортизации с соответ­

и данного направления эффект, обусловленный применением амортизации, вполне определяется значением k#. Значение k* в этом случае характеризует долю динамического воздействия, достигающего рассматриваемой точки кон­ струкции при отсутствии амортизирующего крепления, которая проникнет туда и через амортизаторы.

Снижение вибрации при этом характеризуется коэффициентом эффективности

При положительном эффекте амортизации этот коэффициент положителен, воз­ растает с повышением ее эффективности, но не может быть больше единицы.

Разность уровней вибрации данного направления в данной точке Э, дБ, называется эффективностью амортизации (для данной точки и данного направ­ ления):

Используемая в формуле (12.1.3), а также в дальнейшем сравнительная оценка интенсивности вибрации является, по существу, сравнительной оценкой удельной кинетической энергии вибрации в точках, колебания которых рас­ сматриваются. Если защищаемая конструкция воспринимает со стороны амор­

тизирующего крепления гармоническое усилие — силу Еам или момент 9Кам — вместо нагружающего ее при отсутствии амортизации подобного же (т. е. име­ ющего то же направление и ту же частоту) усилия — силы F или момента ЯЛ — то эффективность амортизации Э, дБ по отношению к такого рода силовому воз­ действию

и а*;м _ ЯКэф .

*ЗЛа ЯКэф

Крепление оборудования без амортизаторов, обычно именуемое жестким, при упрощенном рассмотрении многих вопросов часто наделяют идеальными свойствами абсолютной жесткости и безынерционности. При этом считается, что абсолютно жесткий контакт имеет место по всем тем поверхностям объекта,