6412

РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В НИЖЕГОРОДСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНОМ УНИВЕРСИТЕТЕ

Научный руководитель

кандидат технических наук,

профессорТишковВладимирАлександрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Борисов Лев Александрович,

кандидат технических наук, доцент Гречишкин Александр Викторович

Ведущая организация Учреждение ФНПР - "Научно-исследовательский институт охраны труда

в г. Иваново"

Защита состоится «29» декабря 2005 г. в /у часов

на заседании диссертационного совета Д 212.162.03 при Нижегородском государственном архитектурно-строительном университете по адресу:

603950, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65, корпус 5, аудитория 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан « » ноября 2005 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Характерной особенностью технического прогресса является непрерывное увеличение мощности и производительности промышленного оборудования, объемов транспортных потоков. Это достигается путем увеличения скоростей машин, станков и агрегатов, а также их количества, что приводит к увеличению вибраций и излучения звука в широком диапазоне частот. Все это создает тяжелую шумовую обстановку, которая требует применения эффективных средств борьбы с производственными, транспортными и другими видами шумов.

Борьба с производственным шумом стала одной из самых актуальных задач улучшения условий труда обслуживающего персонала, повышения производительности труда, а также охраны здоровья и психологического состояния людей, как во время работы, так и в нерабочее время: дома, на улице и т.п.

Акустические экраны являются относительно простым и достаточно эффективным средством борьбы с шумом на открытом пространстве и помещениях. Применение акустических экранов в качестве средств защиты от вредного воздействия шума на человека получило широкое распространение в архитек- турно-строительной практике.

В работах отечественных и зарубежных ученых представлены методы расчета акустической эффективности экранов, которые в основном базируются на теории дифракции с учетом экспериментальных данных. С их помощью на стадии проектирования можно рассчитать уровни звукового давления на открытом пространстве и в помещениях.

Большинство существующих методик расчета снижения уровней шума за экраном не учитывает влияния его собственной изоляции, хотя в ближнем поле она может существенно снизить расчетный эффект. В некоторых работах пред-

2

лагается ее учитывать через коэффициент прохождения звука через конструкцию ограждения, но не дается методов его расчета.

Расчет собственной звукоизоляции экрана (коэффициента прохождения звука) позволит:

-уточнить акустическую эффективность экрана с учетом его конструктивного решения;

-подобрать конструкцию экрана с учетом требуемой звукоизоляции с точки зрения традиционных методов расчета так, чтобы не снизить эффект экранирования и найти его оптимальное конструктивное решение;

-определить фактическое снижение уровня шума в расчетной точке.

Цель исследования заключается в изучении механизма прохождения звука, установлении зависимостей собственной звукоизоляции консольных ограждений, выполняющих функции акустических экранов или выгородок, выявлении и анализе факторов, влияющих на численные значения собственной звукоизоляции экранов, разработке метода расчета коэффициента прохождения звука и собственной звукоизоляции, а также программного средства для автоматизации расчетов.

Задачами исследования являются:

-теоретические исследования собственных колебаний консольных прямоугольных пластин, включающие вывод и решение системы частотных уравнений, нахождение собственных функций колебаний и определение фазовых характеристик движения изгибных волн, составляющих волновое поле пластин;

-исследование механизма прохождения диффузного звука через консольную пластину с учетом двойственной природы;

-экспериментальные исследования собственной звукоизоляции консольной прямоугольной пластины в больших реверберационных камерах ННГАСУ;

-теоретические и экспериментальные исследования влияния собственной звукоизоляции акустического экрана на фактическое снижение уровней шума за ним;

3

- разработка алгоритма и программы расчета на ЭВМ собственной звукоизоляции консольной прямоугольной пластины с учетом реальных размеров ограждения.

Научная новизна работы заключается в следующем:

-впервые решена задача о собственных колебаниях консольных прямоугольных пластин с использованием волновой теории собственных колебаний прямоугольных пластин, основанной на волновом переносе энергии с минимальными затратами на формирование замкнутого волнового движения, найдены собственные функции, а также решение системы частотных уравнений;

-впервые получены теоретические зависимости для расчета коэффициента прохождения звука и собственной звукоизоляции консольных ограждений;

-выявлено влияние на собственную звукоизоляцию консольной пластины физико-механических свойств материала конструкции, ее размеров, характера взаимодействия вибро- и звуковых полей в широком диапазоне частот;

-проведен сравнительный анализ вклада собственных и инерционных волн в прохождение звука через консольную прямоугольную пластину;

-экспериментально подтверждены результаты теоретических исследова-

ний;

-разработана методика выбора конструкций акустических экранов (выгородок) в соответствии с частотной характеристикой уровней падающего на них щума;

-разработана программа расчета коэффициента прохождения звука и собственной звукоизоляции консольной пластины.

Практическая значимость работы заключается:

-в возможности определения коэффициента прохождения звука и собственной звукоизоляции экранов;

-в возможности выбора материала акустического экрана (выгородки) с учетом спектра изолируемого шума и реальных размеров ограждения;

-в уточнении уровней шума за экраном в зоне акустической тени в непосредственной близости к акустическому экрану (выгродке);

-в обеспечении возможности подсчета фактической эффективности шумозащитных экранов-выгородок на стадии их проектирования;

-в использовании предложенной компьютерной программы для расчета коэффициента прохождения звука, собственной звукоизоляции и других акустических характеристик шумозащитного экрана.

Реализация результатов исследований.

При реконструкции, техническом перевооружении и разработке архитек- турно-строительных мероприятий по снижению шума в ряде цехов производственных предприятий, установленные мобильные и стационарные экранывыгородки были запроектированы с учетом разработанного метода расчета коэффициента прохождения звука и собственной звукоизоляции:

-в деревообрабатывающих цехах ООО «ВАКО» проведена производственная апробация мобильных шумозащитных экранов, установленных в качестве переносных звукоизолирующих ограждений между, участком распиловки бревен и участком опиловки досок, строгальным участком и участком опиловки досок, участком строгальных станков - сборочным участком;

-в цехах производственно-коммерческой фирмы ООО «Динтон» (ремонта технологического оборудования, агрегатного, кузнечно-прессового и испытательного) вместо обычных кирпичных межцеховых и внутрицеховых перегородок были установлены стационарные экраны-выгородки, а в цехе испытаний двигателей применены мобильные экраны, отделяющие испытательные стенды от рабочего места оператора;

-на производственных площадях фирмы «ИвСахар» использованы шумозащитные экраны для отделения рабочих мест операторов дозировочносахароразвесочных машин;

-фирмой «Артефакт-Строй» для изоляции торговых площадей от мест проверки и демонстрации продаваемого шумного электрооборудования, машин

5 и механизмов (пил, рубанков и т.п.) использованы переставные легкие шумо-

защитныеэкраны; - на ОАО «Железобетон» для защиты рабочих мест операторов от излу-

чаемого вибростолами шума и защиты рабочих на менее шумных участках арматурного и пропарочного отделений использованы легкие переставные секционные экраны.

Разработанное программное средство и руководство для расчета коэффициентов прохождения звука и собственной звукоизоляции акустических шумозащитных экранов внедрено в практику проектирования защиты от шума и использовано проектными организациями ОАО «Промстройпроект» (г. Иваново), ОАО институт «Ивановопроект», ОАО государственное унитарное предприятие Ивановской области «Ивановогражданпроект», ОАО «Ивановская домостроительная компания», ОАО институт «ГИПРОАГРОТЕХПРОМ» (г. Иваново) в расчетах при проектировании акустического климата в помещениях и на территориях предприятий и городской среды.

Теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы использованы при выполнении научно-исследовательской работы по теме «Развитие научных основ создания ресурсов и энергосберегающих систем и технологий защиты среды обитания человека от шума», финансированной за счет государственного бюджета и выполняемой по программе РААСН «Разработка научных рекомендаций по реконструкции существующих, созданию и внедрению новых инженерных систем, материалов и конструкций, обеспечивающих минимизации энергозатрат в процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений».

Разработаны «Руководство по расчету коэффициента прохождения звука и собственной звукоизоляции акустических экранов» и учебное пособие «О расчете акустической эффективности шумозащитных экранов», которые используются в учебном процессе на кафедрах архитектуры ННГАСУ и кафедрах архитектуры, архитектурного дизайна и строительных конструкций ИГАСА для студентов направления бакалавриата «Строительство» и направления спе-

циальностей «Строительство» и «Архитектура». Составлены и апробированы учебные задания для теоретического расчета коэффициентов прохождения звука и собственной звукоизоляции шумозащитных экранов, устанавливаемых в производственных помещениях и на территории города. Составлены и апробированы задания для теоретического расчета акустической и фактической эффективности шумозащитных экранов.

Апробация работы.

Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований докладывались и обсуждались на:

-3-ей областной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, секция «Охрана окружающей среды», Вологда, 1984;

-2-ой областной научно-технической конференции по итогам НИР ИИСИ, Иваново,1984;

-межобластном научно-техническом семинаре «Борьба с шумом и вибрацией на предприятиях текстильной промышленности», Иваново, 1984;

-областной научно-технической конференции "Инженерные и социаль- но-экономические проблемы ускорения НТП в строительстве и задачи подготовки специалистов", Иваново, 1986;

-областной научно-технической конференции "Научно-технические и социально-экономические проблемы развития строительного комплекса в XI пятилетке и совершенствование подготовки специалистов", Иваново, 1987;

-6-ой областной научно-технической конференции по итогам НИР института, Иваново, ИИСИ, 1988;

-VIII Международной научно-технической конференции "Информационная среда вуза", Иваново, ИГАСА, 2001;

-X Международной научно-технической конференции "Информационная среда вуза" Иваново, ИГАСА, 2003;

-XIV Польско-Российско-Словацком семинаре «Теоретические основы строительства», Warszawa, Olsztyn 30.05-02.06.2005, Zilina, 2005.

7

На защиту выносятся:

-результаты теоретических исследований собственных колебаний консольных прямоугольных пластин с одной защемленной стороной;

-результаты теоретических исследований механизма прохождения звука через конструкцию акустического экрана конечных размеров с учетом резонансных и инерционных волн;

-методика расчета коэффициента прохождения звука и собственной звукоизоляции конструкции акустического экрана с расчетной схемой в виде прямоугольной пластины, жестко защемленной с одной стороны;

-разработанный метод расчета коэффициента прохождения звука и собственной звукоизоляции конструкции акустического экрана;

-программное средство для автоматизации расчетов коэффициента прохождения звука и собственной звукоизоляции конструкции щумозащитного экрана

-методика проведения экспериментальных исследований консольных прямоугольных пластин;

-результаты экспериментальных исследований собственной звукоизоляции акустических экранов.

Публикации.

По теме опубликовано 16 печатных работ, в том числе одно руководство по расчету и одно учебное пособие.

Структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, библиографического списка и четырех приложений. Общий объем работы составляет 167 страниц основного текста, в том числе 72 рисунка, библиографический список, включающий 179 наименований, и 4 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, определя-

ются цели исследования, указана научная новизна и значимость выполненной

работы.

Впервой главе проанализировано состояние научных исследований по расчету снижения уровней шума акустическими экранами. Кроме того, рассмотрены возможные области применения акустических экранов и дана оценка их применения в градостроительстве, для снижения уровней шума на рабочих местах производственных помещений, а также в источнике возникновения.

Впроцессе выявления путей прохождения звука к расчетной точке в условиях установки экрана был проведен анализ расчетных схем и существующих методов расчета эффективности акустических экранов.

Рассмотрены аналитические, графические и графоаналитические методы расчета акустической эффективности экранирования в соответствии с теорией дифракции с постепенным учетом новых факторов, влияющих на расчетное значение.

Приводится исторический обзор исследований механизма прохождения звука через пластины в виде полосы конечных размеров.

Механизм прохождения звука через ограждения ограниченных размеров изучался А.Шохом и К.Фейером, В. Пьютцем, М.Хеклем и другими учеными. Приведенные в работах вышеназванных авторов теории расчета не дают полного объяснения влияния размеров, изгибной жесткости, коэффициента потерь материала на звукоизоляцию ограждающих конструкций. В этих работах не рассматриваются вопросы неодинакового прохождения звука в различных областях частот.

Подробное исследование механизма прохождения звука через ограждение конечных размеров с учетом граничных условий проведено профессором М.С. Седовым. В результате создана теория самосогласования волновых полей, которая учитывает двойственных характер прохождения звука через преграду -