Динамика гибких сетчато-пластинчатых звукоизолирующих панелей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.06, кандидат наук Бохан, Владимир Викторович

• Бохан, Владимир Викторович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Бохан, Владимир Викторович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Обзор литературы, обоснование актуальности темы и постановка задач исследования

1.1 Обзор устройств для изоляции шума

1.2 Предварительные оценки виброакустических характеристик исследуемой панели

1.3 Применение метода конечных элементов в задачах виброакустики

1.4 Методы теоретического определения свойств звукоизолирующих

конструкций

Выводы по главе 1

Глава 2. Методики проведения исследования звукоизолирующей панели в акустическом интерферометре и в звукомерных камерах

2.1 Экспериментальная база

2.2 Методика выполнения измерений в реверберационных камерах

2.3 Методика выполнения измерений в акустическом интерферометре

2.4 Методика выполнения измерений на вибростенде

Выводы по главе 2

Глава 3. Расчётно-экспериментальное исследование новой гибкой сетчато-пластинчатой панели

3.1 Расчётно-экспериментальное исследование резонансных частот и форм колебаний панели

3.2 Оценочный метод расчёта виброакустических характеристик и коэффициента потерь гибкой панели

3.2.1 Предварительное экспериментальное исследование резонансных частот и коэффициента потерь сетчато-пластинчатой панели

3.2.2 Предварительное расчётное исследование виброакустической характеристики гибкой сетчато-пластинчатой панели

3.3 Уточнённые расчётно-экспериментальные исследования виброакустической характеристики гибкой сетчато-пластинчатой панели на основе метода конечных элементов

3.3.1 Исследование нового осесимметричного конечного элемента для моделирования упруго-динамических свойств газа

3.3.2 Исследование нового трёхмерного конечного элемента для моделирования упруго-динамических свойств газа

3.3.3 Метод измерения виброакустической характеристики панелей с

помощью акустического интерферометра

3.3.4. Расчётно-экспериментальное исследование гибкой сетчато-пластинчатой звукоизолирующей панели с помощью акустического интерферометра

3.4 Расчётная оценка прочности гибкой звукоизолирующей панели

Выводы по главе 3

Глава 4. Расчётное исследование влияния различных конструктивных

параметров панели на её виброакустическую характеристику

Выводы по главе 4

Выводы по работе и рекомендации

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Динамика гибких сетчато-пластинчатых звукоизолирующих панелей»

ВВЕДЕНИЕ

Проблема изоляции воздушного шума всегда непрестанно сопутствовала развитию техники. Рост мощности, частоты вращения и размеров различных машин и агрегатов приводят к необходимости ведения мероприятий по снижению шума.

При работе различные машины и механизмы излучают шум в окружающее пространство. Воздушный шум обусловлен излучением звуковой энергии непосредственно в воздушную среду помещения. Он распространяется от механизма в виде прямой звуковой волны с последующим переотражением от ограждающих поверхностей и других механизмов и машин. Значительные уровни шума создают двигатели, дизель-генераторы, компрессоры, насосы, системы вентиляции (кондиционирования), гидравлики и т. д.

Шум губительно действует на центральную и вегетативную нервную систему человека, его сердечную деятельность, отдельные органы, являясь причиной многих заболеваний. Шум приводит к снижению работоспособности и быстрой утомляемости, может вызывать раздражительность, чувство страха, неустойчивое эмоциональное состояние, головные боли. Шум во время работы мешает концентрации внимания, что может приводить к повышенному травматизму на производстве. Снижение производительности труда из-за шумности прямо пропорционально сложности трудового процесса и объёму элементов умственного труда в нём.

С другой стороны практика показывает, что шум высокой интенсивности оказывает отрицательное влияние на функционирование другого оборудования, расположенного вблизи: оптические приборы, радиотехническая аппаратура, измерительные приборы и прочее. Задача защиты от высокой шумности является одной из важнейших при проектировании и строительстве различных сооружений и зданий. Также, немаловажное значение имеет обеспечение скрытности некоторых технических объектов. Например, при создании совре-

менных кораблей основное внимание уделяется их невидимости и невозможности акустического обнаружения [1], ведь главная наступательная и оборонительная мощь корабля основывается на способности оставаться необнаруженным на просторах морей и океанов.

Всё это обуславливает необходимость борьбы с воздушным шумом. Основной метод борьбы с повышенным уровнем воздушного шума - установка звукоизолирующих панелей.

В диссертационной работе исследуется новый класс гибких звукоизолирующих панелей, не имеющих аналогов в мировой практике, ориентированных на работу в области низких звуковых частот. Конструкция защищена патентами Российской Федерации [2, 3].

Сущность изобретения заключается в том, что звукоизолирующая панель выполнена в виде слоистой конструкции из материалов с различными физико-механическими свойствами. Квадратные металлические пластины установлены с двух сторон на металлической сетке, обложенной несколькими слоями базальтовой ткани. Боковые поверхности пластин имеют скосы или скруглены, между ними имеется зазор, что в совокупности обеспечивает гибкость панели в двух взаимно-перпендикулярных направлениях. Вся многослойная конструкция скрепляется с помощью винтов через отверстия в пластинах.

Новые панели обеспечивают эффективную изоляцию шума при исключении звуковых резонансов, позволяют их закрепить на криволинейной поверхности каркаса, при этом имеют небольшую толщину. В панелях применён негорючий материал с высоким коэффициентом звукопоглощения, способный работать при температуре до 800°С.

Гибкие звукоизолирующие панели могут применяться на железнодорожном и автомобильном транспорте для изоляции шума двигательных установок и других агрегатов, для изоляции шума турбогенераторов на АЭС, ГЭС, ТЭС, нефте- и газоперекачивающих станциях. Благодаря высокой термостойкости панели сохраняют звукоизолирующую эффективность при значительном нагре-

ве оборудования, в случаях опасности возгорания. Гибкость панелей позволяет проводить монтажные работы в труднодоступных местах.

Существующие в настоящий момент времени методы расчётного определения виброакустических характеристик панелей не позволяют с достаточной точностью оценить эти характеристики и удовлетворительно описать экспериментальные данные в области низких частот. Поэтому, актуальным остаётся вопрос создания новых методик расчётно-экспериментального исследования звукоизолирующих панелей. Для проектирования панелей с заданными свойствами, для разработки новых усовершенствованных панелей, развития направления по звукоизоляции помещений различных объектов с использованием гибких панелей необходимо уметь прогнозировать динамические, виброакустические и прочностные свойства панелей расчётным путём. Этим и обусловлена актуальность темы.

Таким образом, научная проблема, требующая своего разрешения, заключается в разработке математических моделей и надёжных методов расчётно-экспериментального исследования свойств звукоизолирующих панелей с целью создания гибких панелей с улучшенными виброакустическими характеристиками.

Целью диссертационной работы является расчётно-экспериментальное исследование динамики гибких сетчато-пластинчатых звукоизолирующих панелей, разработка методов их расчёта, проектирования и испытаний.

Научная новизна:

1. Разработана математическая модель колебаний гибкой сетчато-пластинчатой панели.

2. Разработана конечно-элементная модель гибкой сетчато-пластинчатой панели.

3 Разработан метод расчёта виброакустических характеристик гибкой панели, основанный на сочетании теории резонансного прохождения звука и теории поршневой модели для низких частот.

4. Теоретически обоснован и разработан метод измерения виброакустической характеристики панелей с использованием акустического интерферометра.

Практическая значимость работы заключается во внедрении результатов исследований в ФГУП «НПП «Прогресс» при выполнении составной части опытно-конструкторской работы «Создание внутреннего звукоизолирующего покрытия»; результаты исследований способствовали разработке гибких звукоизолирующих панелей новой конструкции, защищенной патентами РФ.

Положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель колебаний гибкой сетчато-пластинчатой панели.

2. Конечно-элементная модель гибкой сетчато-пластинчатой панели.

3. Метод оценочного расчёта виброакустических характеристик гибкой панели, основанный на сочетании теории резонансного прохождения звука и теории поршневой модели для низких частот.

4. Метод измерения виброакустической характеристики панелей с помощью акустического интерферометра.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, списка литературы. Общий объем работы составляет 172 страницы, включая 61 рисунок и 4 таблицы. Список литературы содержит 78 наименований.

В первой главе проведён обзор устройств для изоляции шума и методов теоретического определения свойств звукоизолирующих конструкций. Выполнены предварительные расчётные оценки виброакустической характеристики гибкой сетчато-пластинчатой звукоизолирующей панели. Они показали отсутствие надёжных методов теоретического определения свойств для нового класса гибких звукоизолирующих панелей в области низких частот. Исходя из выполненного обзора, сформулирован ряд научно-технических задач диссертационного исследования.

Во второй главе подробно описана уникальная экспериментальная база ФГУП «НПП «Прогресс» для акустических и вибродинамических исследова-

ний, а также методики выполнения измерений. Краткий обзор методов измерения с помощью акустического интерферометра показал, что существующие методы определения виброакустической характеристики в акустическом интерферометре обладают рядом недостатков. Поэтому, существует необходимость разработки нового метода измерения виброакустической характеристики в акустической трубе.

В третьей главе предложена математическая модель колебаний сетчато-пластинчатой панели, в которой смещения пластин заданы в виде двойного тригонометрического ряда. Модель позволяет рассчитывать вынужденные колебания, а также определять собственные частоты и формы колебаний исследуемой панели. В качестве примера рассчитаны собственные частоты и формы конкретной панели, результаты расчёта соответствуют экспериментальным данным с достаточной точностью.

Предложен метод оценочного расчёта виброакустической характеристики гибкой панели новой конструкции, основанный на теории самосогласования волновых полей, и метода, основанного на поршневой модели резонирующей пластины.

Исследованы новые конечные элементы для моделирования упруго-динамических свойств газа: осесимметричный и трёхмерный. Получены в явном виде аналитические выражения для расчёта элементов матрицы жёсткости новых конечных элементов.

Разработана математическая конечно-элементная модель акустического интерферометра («математический интерферометр»), адекватно и с высокой точностью описывающая динамические процессы, проходящие в интерферометре с панелью, включая резонансные явления в панели и в самом интерферометре, и позволяющая исследовать расчётным путём виброакустические характеристики панелей различных конструкций, а также влияние их размеров, формы, свойств материалов и способов закрепления панели на её виброакустические характеристики.

Предложен и теоретически обоснован метод измерения виброакустической характеристики панелей с использованием акустического интерферометра, базирующийся на прямом измерении параметров акустических волн по обеим сторонам исследуемой панели.

Проведено экспериментальное и расчётное исследование виброакустической характеристики гибкой сетчато-пластинчатой панели. Экспериментальные данные сопоставлены с данными расчётов, проведённых методом конечных элементов. Расчёт с достаточной точностью соответствует эксперименту.

Предложена расчётная конечно-элементная модель сетчато-пластинчатой панели, в соответствии с которой свойства конечных элементов, моделирующих панель, задаются условиями эквивалентности по изгибной жёсткости и по массе.

Выполнена расчётная оценка прочности панели при различных положениях закрепления (горизонтальном и вертикальном) и материале сетки при прогибах до 60 мм. Полученный запас прочности составил более 11.

В четвёртой главе проведено теоретическое исследование влияния конструктивных параметров новой звукоизолирующей панели на её виброакустические и динамические характеристики: размеры пластинок, из которых собрана панель, и размер всей панели. Получены важные рекомендации для разработки панелей такого типа.

Глава 1. Обзор литературы, обоснование актуальности темы и постановка задач исследования

1.1 Обзор устройств для изоляции шума

Для изоляции помещений от воздействия шума часто применяют одно-стенные преграды (пластины), толщина которых мала по сравнению с длиной звуковой волны в материале преграды, а импеданс материала во много раз больше импеданса окружающей среды. Масса и жёсткость в таких преградах распределены равномерно по площади. В реальных условиях эта равномерность может нарушаться рёбрами жёсткости, а иногда и сосредоточенными массами, которые в отдельных случаях заметно влияют на виброакустические характеристики пластины. Как правило это пластины из однородного материала, настолько жёсткие на изгиб, что транспортировка их для монтажа в труднодоступные помещения создаёт реальные проблемы, а подчас и невозможна.

Конструкции со слоем звукопоглощающего материала широко применяются для изоляции помещений от шума. Если помещения с источниками шума с внутренней стороны облицевать звукопоглощающим материалом, то снижение шума происходит за счёт уменьшения интенсивности отражённого от ограждающих конструкций звука. Здесь важна общая площадь эффективного звукопоглощения. Применяемые в качестве звукопоглотителей мягкие пористые материалы из тонких волокон (базальтовых, стеклянных, капроновых) или из лёгкого пенополиуретана имеют настолько большое отношение коэффициентов упругости воздуха и самого материала, что распространяющаяся по скелету материала звуковая волна, быстро затухает. Если звукопоглощающий материал сплошным ровным слоем покрывает всю ограждающую конструкцию, то он увеличивает также виброакустическую характеристику этой конструкции.

Для повышения виброакустических характеристик в области низких частот в звукоизолирующих конструкциях используют пластины из стали, алюминие-

во-магниевых сплавов и стеклопластика с критической частотой, находящейся в рабочем диапазоне частот. В этом случае из-за волнового совпадения виброакустическая характеристика резко уменьшается в верхней части рабочего диапазона частот. Применяют вибропоглощающие покрытия, призванные увеличить внутренние потери звуковой энергии в пластине.

Существенными недостатками материалов для звукопоглотителей и виб-ропоглощающих покрытий являются высокая теплопроводность (это обуславливает необходимость принудительного отвода тепла из конкретного помещения, например с помощью вентиляции, которая сама является источником шума) и горючесть (что, как правило, недопустимо на специальных объектах).

В последние годы используют двустенные ограждающие конструкции со слоем звукопоглощающего материала между стенками. Такая преграда состоит из двух тонких пластин, между которыми расположен воздушный слой или слой звукопоглотителя - мягкого пористого материала. Данная конструкция также не обеспечивает возможность монтажа в труднодоступных помещениях.

Лёгкие звукопоглощающие и вибропоглощающие покрытия одностенных конструкций эффективны на высоких частотах, но в области низких частот практически не оказывают влияния на виброакустические характеристики. Увеличение низкочастотной звукоизоляции с использованием закона массы часто неприемлемо в связи с весовыми ограничениями. При определённом сочетании жёсткостных и массовых параметров конструкции её виброакустическая характеристика может резко повыситься на низких частотах, а именно ниже первой резонансной частоты конструкции. Одностенные звукоизолирующие конструкции часто применяются с рёбрами жёсткости, которые можно использовать для повышения виброакустических характеристик на низких частотах. Стрингерная конструкция представляет собой тонкую пластину с частым набором сравнительно небольших рёбер жёсткости - стрингеров, и редким набором относительно больших рёбер жёсткости - шпангоутов, идущим перпендикулярно стрингерам.

Всё чаще находят практическое применение металлические сотовые конструкции - трёхслойные панели с сотовым заполнителем. Несущие слои соединены с сотовым заполнителем клеем по специальной технологии. Заполнитель состоит из шестигранных сот.

Стрингерные и сотовые конструкции могут быть смонтированы в относительно свободных помещениях, а в условиях труднодоступности и оперативного монтажа совершенно не приемлемы.

1.2 Предварительные оценки виброакустических характеристик исследуемой панели

В настоящее время разработана новая конструкция гибкой сетчато-пластинчатой звукоизолирующей панели [2, 3]. Среди существующих звукоизолирующих конструкций новая панель отличается высокой термостойкостью (в конструкции нет горючих материалов), что даёт возможность использования панели в помещениях с опасностью возгорания, и высокой гибкостью, что позволяет транспортировать панель для монтажа в труднодоступных местах.

Гибкая сетчато-пластинчатая панель выполнена в виде отдельных квадратных пластинок, закреплённых с помощью винтов на металлической сетке, обложенной с обеих сторон слоями базальтовой ткани. Конструкция предложенной панели представлена на рис. 1.1. При монтаже панель крепится по контуру к металлическому обрешетнику с помощью винтов. Панель обладает высокой гибкостью и сравнительно большой массой на единицу площади, что обеспечивает смещение резонансных частот панели в область низких частот и придаёт панели высокие изолирующие свойства в широком диапазоне частот.

В качестве ориентира для обоснования применимости расчётного метода будем использовать экспериментальные данные. Для предварительных оценок воспользуемся результатами испытаний сетчато-пластинчатой звукоизолирующей панели на аттестованной экспериментальной базе испытательного центра «Ритм» ОАО «ЦТСС», г. Санкт-Петербург (реверберационные камеры). Частотная виброакустическая характеристика панели новой конструкции в 1/3-октавных полосах частот представлена на рис. 1.2.

@©@ © © © © @@® ® ® ©

© © © © © © © © ® ® © ® ® © ® ®

© © © © © ® © © ® ® © © © ® @ «

© ® @ © © © © © © © © © © ® ® ® ®

© © © © © ® © © © © © © е ® е

© © © © © @ © ©

© © © ® © © © © © © ® ® © © © ®

® © ® © ® ® © ® © © ® @ © ® @ © ®

© © © © © © © © ® © © © ® © ® © ©

© ® © © ® © © © © ® ® ® ® © © © ©(

© ® ®®@ © © ®@® © ® © ш ®®4

®@® © ® ®@® ® ® ®@® ® ® ®@® ® ® 7а

/ © © ® © © @ ® ® © © ® ® ©

® © © © ат; ® ® © © © ® ® ® ®

© © © © © © © © © ® © © ® © ® © ©

® © ® © © © ® © ® © © ® ® © ® © ®

© © © © ® ® © © ——

а\ □

1 © © 1 © ® ® ® © ® © © ® ® ® ® ©

1 © © ) © © ® © © ® © ® © © ® ®

® ® © © @ © © © @ ^ © © © © © © © □

© © ® ® © © ® © © © © ® © © ® © ©

1 © ® 1 ®@® ® © © © © ® ®®©

Б

1 - пластина верхняя, 2 - пластина нижняя, 3 - металлическая сетка, 4 - слои базальтовой ткани, 5 - винты

Рис. 1.1. Гибкая звукоизолирующая панель

Проведён расчёт виброакустической характеристики панели по закону масс и способом, основанным на рассмотрении поршневых колебаний пластины как единого целого.

Закон масс широко известен долгое время и представляет следующую закономерность [4]:

11 = 10-1%

1 +

/ \2 сот

\2росо;

(1.1)

где со = - круговая частота колебаний,/- частота, Гц; т - поверхностная масса пластины; р0,с0- плотность и скорость звука окружающей среды.

При рассмотрении поршневых колебаний пластины как единого целого характеристика пластины имеет вид [4]:

\2

1 +

тсо {соР

щ

2р0с0 \ со

тсо \2рйс0 J

1-

V

й)с

СО

(1.2)

где ц - коэффициент потерь; соР = 2ж/р, /Р - первая резонансная частота пластины.

Для расчёта использованы следующие значения:

- параметры среды (воздух при 0°С и 760 мм рт. ст.) [4, стр. 17]: плотность Ро = 1,293 кг/м3, скорость распространения упругих колебаний в среде (скорость звука) со = 331 м/с;

- погонная масса панели т2 = т ~ 62,3 кг/м ;

- первая резонансная частота панели со Р = 2ж/\\ принята по экспериментальному графику:/! 1 = 30,65 Гц;

1 3039

- коэффициент потерь п = -0,1343е'° 00|78/ -0,0000346/ + ^,0 4416 (определён аппроксимацией экспериментальных данных, см. гл. 3).

Результаты расчёта по этим формулам приведены на рис. 1.2.

60

50

1

40

30

о 20

ю

3

СО

10

10

100

1000

10000

Частота, Гц

1 - расчёт по (1.17), 2 - расчёт по (1.23), 3 - эксперимент Рис. 1.2. Виброакустические характеристики гибкой панели

с размерами 995^995 мм

Как видно из рис. 1.2, закон масс и поршневая модель неудовлетворительно описывают экспериментальные данные в частотной области ниже 30 Гц и выше 100 Гц.

Проведён расчёт виброакустической характеристики панели с использованием импедансного метода [4]. Для расчёта принята модель панели, приведённая на рис. 1.3. Согласно этой модели, гибкую и ортотропную по сути панель заменяем трёхслойной плоскопараллельной преградой с изотропными слоями, как показано на рис. 1.3. Многослойное основание из металлической сетки и базальтовой ткани заменяется одним сплошным изотропным слоем с характеристиками базальтовой ткани и толщиной 1 мм. Наличие металлической сетки не учитывается в силу её очевидной звукопрозрачности. Конечность размеров панели не учитывается. Будем считать, что в пределах слоя звук распространяется прямолинейно. Пространство задачи разделено на слои, как показано на рис. 1.3.

слой 1 - верхнее (дальше от источника звука) полупространство акустической среды; слой 2 - верхний «стальной» слой; слой 3 - «базальтовый» слой; слой 4 - нижний (ближе к источнику звука) «стальной» слой; слой 5 - нижнее полупространство акустической среды

Рис. 1.3. Принятая модель сетчато-пластинчатой панели (разрез)

Толщины слоев: кг = //4=0,004 м, /г3 = 0,001 м.

Плотности «стальных» слоев р2 = Р4 ~ 7800 кг/м3 [4, стр. 20]. Плотность «базальтового» слоя оцениваем как отношение погонной массы базальтовой тка-

2 3

ни БТ-11 0,39 кг/м [5] к её толщине 0,0003 м [5]; получаем /?3 = 1300 кг/м .

Коэффициенты внутренних потерь в «стальных» слоях Цг^Ц4 = 0,0001 [6, стр. 159; 7, стр. 11]. Скорости звука в «стальных» слоях с2 = с4 = 5200 м/с [4, стр. 20].

Значения коэффициента внутренних потерь и скорости звука в базальтовой ткани БТ-11 в доступной литературе и нормативных документах не представлено, а возможности экспериментального определения ограничены. Поэтому для «базальтового» слоя принимаем приведённые значения соответствующих величин. Родственным материалом будем считать стеклопластик, свойства которого приведены в [6, стр. 159]. Составляем пропорцию:

Рст Лет сст

здесь рст, Цст и сст ~ плотность, коэффициент внутренних потерь и скорость звука в стеклопластике: рст= 1700 кг/м , Цст= 0,013, сСт= 3500 м/с [6, стр. 159]; г\ъ и сз - коэффициент внутренних потерь и скорость звука в «базальтовом» слое.

Вычисляя, получим: цъ = 0,00994; сз = 2676 м/с.

Параметры акустической среды (воздух при 0°С и 760 мм рт. ст.) [4, стр. 17]: плотность />0 - 1,293 кг/м3; скорость звука с0 = 331 м/с.

В теории и практике изоляции от шума большое значение имеет звуковое поле в замкнутом пространстве, размеры которого велики по сравнению с длинами звуковых волн в нем, а звукопоглощение мало.

Поскольку результат расчёта предполагается сравнивать с виброакустическими характеристиками, определёнными в реверберационных камерах, то виброакустическую характеристику необходимо рассчитывать при диффузном падении звуковых волн.

В диффузном поле звуковые волны распространяются в пространстве по всевозможным направлениям со случайным распределением фаз. Это приводит к тому, что средние значения интенсивности суммы звуковых волн практически равны сумме интенсивностей составляющих при большом их числе. Таким образом, статистический характер диффузного звукового поля позволяет трактовать его энергетически как однородное и изотропное поле.

С точки зрения метрологии диффузность звукового поля следует определять исходя из возможности экспериментального определения однородности плотности энергии и изотропности интенсивности звука.

В [4] рассмотрено диффузное падение звуковых волн на плоскость из окружающего полупространства. Интенсивность звука в диффузном поле при падении звуковых волн из полупространства на плоскость в л раз больше интенсивности звука в каждой отдельной составляющей этого поля.

Звукоизолирующая способность преграды при диффузном падении звуковых волн определяется выражением:

где в - угол падения плоских звуковых волн на преграду; вп - предельный угол падения на преграду волн, близкий к касательному, рекомендуется вп = 80°; г -коэффициент звукоизоляции преграды при нормальном падении звуковых волн.

Виброакустическая характеристика преграды определяется по формуле:

Коэффициент звукоизоляции многослойной преграды получим, последовательно применяя следующую формулу для всех слоев и перемножая результаты:

^соъвътШв

(1.3)

Я= КИвСгдО)).

(1.4)

где и Яц+х) - импедансу'-го и (/+1)-го слоя; - входной импеданс границыу-го слоя; ^ = сокт,- - волновое число слоя; - скорость звука в слоеу-ом; ^ - набег фазы волны данной частоты на толщине слоя. Подробный вывод приведён в конце главы.

Входные импедансы границ слоёв определяются по формуле

(1.5)

где п - количество слоёв; - постоянная распространения у-го слоя. Подробный вывод приведён в конце главы.

Импеданс у- го слоя определяется выражением [4, стр. 30]:

Z = р,с' /= 1 2 3 4 5

COS в,

где Qj - угол падения на (/-1)-ый слой звуковых волн, распространяющихся в у-ом слое.

Углы распространения звуковых волн в слоях определяем согласно закону преломления звука [8, стр. 505]:

/

с.

siné?, с,

-— = —- или в = arcsin

' \

—sin 9j+\

(1.6)

Прохождение звука через преграду поясняет рис. 1.3.

Расчёт углов по формуле (1.6) проведён в обратном порядке, который необходим в виду того, что нумерация слоёв идёт начиная с дальней от источника стороны преграды, а звук падает с другой стороны; таким образом = в - угол падения звуковых волн на преграду.

Постоянная распространения слоя определяется по формуле [4, стр. 30]:

^• = ^• + ^,7 = 2,3,4, здесь у57 - коэффициент затухания в пространстве, определяется по формуле [4, стр. 18]:

где щ - коэффициент потерь в у'-м слое; ау - волновой коэффициент, определяется по формуле [4, стр. 18]:

1+Л/Г

+1

1 ,7 = 2,3,4.

Постоянные распространения yj определяются для слоев 2, 3 и 4, поскольку именно они конструктивно составляют преграду.

Расчёт виброакустической характеристики трёхслойной плоскопараллельной преграды при диффузном падении звуковых волн проведён численно. Частотный диапазон от 0 до 2 кГц разбит на 50 значений, угловой диапазон в = О..0/7 также разбит на 50 значений. При этих значениях итерационно ведётся расчёт.

На рис. 1.4 показана виброакустическая характеристика преграды как функция от частоты и угла падения звуковых волн. Здесь видна монотонность виброакустической характеристики преграды: при стремлении угла падения звуковых волн к нулю (в —» 0) расчётная виброакустическая характеристика монотонно возрастает до конечного значения ~ 79дБ при 2000 Гц.

Частота, Гц

Угол падения, рад

Угол падения, рад

Частота, Гц

1-4 2000

Рис. 1.4. Виброакустическая характеристика преграды (зависимость от частоты и угла падения звуковых волн, разный ракурс)

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бохан, Владимир Викторович, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Спрятать DCNS // Magazine from Brüel & Kjasr. - 2008. - N 1. - P. 4-7.

2 Пат. 2340478 Российская Федерация, МПК7 В 60 R 13/08, G 01 К 11/16. Панель звукоизолирующая / Зубарев А. В., Трибельский И. А., Адонин В. А., Малютин В. И. ; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-производственное предприятие «Прогресс». -№2007131186/11;заявл. 15.08.2007; опубл. 10.12.2008, Бюл. № 34. - 8 с. : ил.

3 Пат. 2457123 Российская Федерация, МПК7 В 60 R 13/08. Панель звукоизолирующая и способ её изготовления / Трибельский И. А., Адонин В. А., Бобров С. П., Денисов В. Д., Бохан В. В., Гидион В. А. ; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-производственное предприятие «Прогресс». - № 2011113321/11; заявл. 06.04.2011; опубл. 27.07.2012, Бюл. № 21.

4 Боголепов, И. И. Промышленная звукоизоляция / И. И. Боголепов - Л. : Судостроение, 1986. - 368 с. : ил.

5 СТО 59987361-009-2008. Ткани базальтовые конструкционные : Стандарт организации : ОАО «Судогодское стеклопластики» [Текст]. - Взамен ТУ 5952-027-00204949-95, ТУ 5952-031-00204949-95; введ. март 2008.

6 Боголепов, И. И. Звукоизоляция на судах / И. И. Боголепов, Э. И. Авферонок. - Л. : Судостроение, 1970. - 192 с.

7 Никифоров, А. С. Акустическое проектирование судовых конструкций : Справочник / А. С. Никифоров. - Л.: Судостроение, 1990. - 200 с.: ил.

8 Яворский, Б. М. Справочник по физике / Б. М. Яворский, А. А. Детлаф. - 3-е изд., испр. - М. : Наука. Физматлит, 1965. - 624 с.

9 Гринченко, В. Т. Волновые задачи рассеяния звука на упругих оболочках / В. Т. Гринченко, И. В. Вовк. - Киев : Наукова думка, 1986. - 240 с.

10 Кольский, Г. Волны напряжения в твердых телах / Г. Кольский. - М. : Изд-во иностранной литературы, 1955. - 194 с.

11 Davidsson, P. Structure-acoustic analysis; Finite element modeling and reduction methods : PhD Thesis : Structural Mechanics / Peter Davidsson. - Lund, Sweden, 2004. - 195 p.

12 Ihlenburg, F. Finite Element Analysis of Acoustic Scattering / Frank Ihlen-burg. - New York. : Springer, 1998. - 224 p.

13 Bathe K.-J. Finite element procedures / Klause-Jurgen Bathe. - New Jersey : Prentice-Hall, 1996. - 1037 p.

14 Дмитриева, О. А. Решение задачи прохождения сферической звуковой волны сквозь упругий слой в ANSYS / О. А. Дмитриева, Я. А. Огрызко // ANSYS advantage. Русская редакция. -2011.-№16.-С.11-12.

15 COMSOL Multiphysics Modeling Guide : COMSOL 3.4. - 2007. - 460 p.

16 Расчетно - экспериментальные методы проектирования сложных рези-нокордных конструкций : монография / И. А. Трибельский [и др.]. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2011. - 240 с.

17 Боголепов, И. И. Строительная акустика : Общие профессиональные дисциплины в политехническом университете : Выпуск 2 / И. И. Боголепов -СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2006. - 324 с.

18 Седов, М. С. Звукоизоляция однослойных ограждений с упругой заделкой краёв в области частот выше граничной / М. С. Седов // Звукоизоляция конструкций зданий. Труды Горьковского инженерно-строительного института им. В. П. Чкалова. - 1974. - вып. 71. - С. 21-28.

19 Бобылев, В. Н. О звукоизоляции однослойных ограждений в области частот ниже граничной частоты диффузности звукового поля / В. Н. Бобылев // Звукоизоляция конструкций зданий. Труды Горьковского инженерно-строительного института им. В. П. Чкалова. - 1974. - вып. 71. - С. 44-50.

20 Бобылев, В. Н. Звукоизоляция однослойных ограждающих конструкций на частотах ниже граничной [Текст] : дис. ... канд. техн. наук : 05.23.10 : защищена 21.11.02 : утв. 24.06.02 / Бобылев Владимир Николаевич. - Горький, 1974.-25 с.

21 Седов, М. С. Волновая теория собственных колебаний прямоугольных пластин / М. С. Седов // Изв. вузов. Строительство. - 1995. - № 12. - С. 28-34.

22 Седов, М. С. Звуковая динамика зданий и сооружений / М. С. Седов // Изв. вузов. Строительство. - 1997. -. №8. - С. 19-23.

23 Звукоизоляция и звукопоглощение : Учеб. пособие для студентов вузов / Л. Г. Осипов, В. Н. Бобылев, Л. А. Борисов и др. ; под. ред. Осипова Л. Г., Бобылева В. Н. - М.: ООО «Издательство «Астрель», 2004. - 450 с.: ил.

24 Бреховских, Л. М. Акустика слоистых сред / Л. М. Бреховских, О. А. Годин. - М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит., 1989. - 416 с.

25 Авиационная акустика / под ред. А. Г. Мунина, В. Е. Квитки. - М. : Машиностроение, 1973. - 448 с.

26 Тишков, В. А. О звукоизоляции пластины в области частот выше граничной при направленном падении звука / В. А. Тишков // Звукоизоляция конструкций зданий. Труды Горьковского инженерно-строительного института им. В. П. Чкалова. - 1974. - вып. 71. - С. 38-43.

27 Монич, Д. В. Повышение звукоизоляции ограждающих конструкций зданий и сооружений без увеличения их массы [Текст] : дис. ... канд. техн. наук : 05.23.01 : защищена 21.11.02 : утв. 24.06.02 / Монич Дмитрий Викторович. -Нижний Новгород, 2002. - 241 с. - Библиогр.: с. 186-193.

28 Пат. 2117283 Российская Федерация, МПК6 G 01 N 29/00. Акустический интерферометр / Белов В. И., Жартовский Г. С., Кардеев Г. И., Котиков И. В.; опубл. 10.08.1998, Бюл. № 34. -8с.: ил.

29 Энциклопедии «Экометрия». «Контроль физических факторов окружающей среды, опасных для человека» / гл. ред. В. Н. Крутиков - М. : ИПК Издательство стандартов, 2003 - 376 с.

30 Зыбина, Н. А. Установка для измерения коэффициента отражения звукопоглощающих материалов и конструкций / Н. А. Зыбина // Вопросы радиоэлектроники. Серия VIII. Техника радиовещательного приёма и акустики. -1966.-Вып. 1.-С. 125-129.

31 Иванников, А. Н. Измерение энергетических характеристик звукового поля в интерферометре / А. Н. Иванников, Ф. В. Рожин, О. С. Тонаканов // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3. Физика. Астрономия. - 1983. - Т. 24. - № 1. -С. 47-52.

32 Борьба с шумом на производстве : Справочник / Е. Я. Юдин, Л. А. Борисов, И. В. Горенштейн и др.; Под общ. ред. Е. Я. Юдина - М.: Машиностроение, 1985. - 400 е., ил.

33 Образцы серийной продукции. Определение звукоизоляции в испытательных (реверберационных) помещениях : ИМЯН 63-383-12 МИ : методика измерений / Крыловский государственный научный центр. - СПб., 2012. - 30 с.

34 ГОСТ 27296-87. Защита от шума в строительстве. Звукоизоляция ограждающих конструкций. Методы измерения. - М. : Издательство стандартов, 1987.-22 с.

35 ГОСТ 31274 - 2004. Шум машин. Определение уровней звуковой мощности по звуковому давлению. Точные методы для реверберационных камер. - М.: Стандартинформ, 2006. - 23 с.

36 ГОСТ 26417 - 85. Материалы звукопоглощающие строительные. Метод испытаний в малой реверберационной камере. - М. : Издательство стандартов, 1985.-11 с.

37 ГОСТ 12090-80. Частоты для акустических измерений. Предпочтительные ряды. - М. : Издательство стандартов, 1980. - 2 с.

38 ГОСТ 8.207 - 76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения. - М. : Стандартинформ, 2006. - 7 с.

39 Экспериментально-теоретическое исследование неравномерности поля звуковых давлений в реверберационных камерах стенда НПП «Прогресс» : научно-технический отчёт : Выпуск №46946 / Крыловский государственный научный центр ; рук. Попков С. В., Безъязычный А. В. ; исполн.:

Безъязычный А. В., Безъязычный В. В., Кислова Т. Б., Большаков А. И., Королева Е. М., Курасова И. А. - СПб., 2012. - 37 с.

40 Gatley, W. S. Method for evaluating the performance of small acoustic filters / W. S. Gatley, R. Conex // Journal of the Acoustical Society of America. - 1969. -V. 46.-N l.-Pt. l.-P. 6-16.

41 Jones, M. G. Comparison of methods for determining specific acoustic impedance / M. G. Jones, P. E. Stiede // Journal of the Acoustical Society of America. -1997.-V. 101.-N 5.-P. 2694-2704.

42 Комкин, А. И. Методы измерения акустических характеристик звукопоглощающих материалов / А. И. Комкин // Измерительная техника. - 2003. -№ 3 - С. 47-50.

43 Комкин, А. И. Современные методы измерения акустических характеристик однородных звукопоглощающих материалов / А. И. Комкин, Н. А. Никифоров // Безопасность жизнедеятельности. - 2006. - № 8 - С. 22-26.

44 ГОСТ 16297-80. Материалы звукоизоляционные и звукопоглощающие. Методы испытаний. - М. : Изд-во стандартов, 1988. - 12 с.

45 ISO 10534-1. Acoustics - Determination of sound absorption coefficient and impedance in impedance tubes : Part 1: Method using standing wave ratio. - Женева. : Международная организация по стандартизации, 1996. - 28 с.

46 Скучик, Е. Основы акустики. В 2 т. Т. 1 : пер. с англ. / Е. Скучик; под ред. JI. М. Лямшева. - М.: Мир, 1976. - 520 с.

47 Chu W. Т. Further experimental studies on the transfer-function technique for impedance tube measurements / W. T. Chu // Journal of the Acoustical Society of America. - 1988. - V. 83. - N 6. - P. 2255-2260.

48 Jang, S. H. On the multiple microphone method for measuring in-duct acoustic properties in the presence of mean flow / S. H. Jang, J. G. Ih // Journal of the Acoustical Society of America. - 1998. -V. 103. -N 3. - P. 1520-1526.

49 ISO 10534-2. Acoustics - Determination of sound absorption coefficient and impedance in impedance tubes : Part 2: Transfer-function method. - Женева. : Международная организация по стандартизации, 1998. - 33 с.

50 Boden, Н. Influence of errors on the two-microphone method for measuring acoustic properties in ducts / H. Boden, M. Abom // Journal of the Acoustical Society of America. - 1986. - V. 79. - N 2. - P. 541-549.

51 Champoux, Y. Measurement of the characteristic impedance and propagation constant of materials having high flow resistivity / Y. Champoux, M. R. Stinson // Journal of the Acoustical Society of America. - 1991. - V. 90. - N 4. - Pt 1. -P. 2182-2191.

52 Song, В. H. A transfer-matrix approach for estimating the characteristic impedance and wave numbers of limp and rigid porous materials / В. H. Song, J. S. Bolton // Journal of the Acoustical Society of America. - 2000. - V. 107. - N 3. -P. 1131-1152.

53 Olivieri, O. Measurement of transmission loss of materials using a standing wave tube / O. Olivieri, J.S. Bolton, T. Yoo // Proceedings from INTER-NOISE 2006, Honolulu, Hawaii, USA. - 2006. - vol. 8. - p. 5285.

54 Bolton, J.S. Measurement of normal incidence transmission loss and other acoustical properties of materials placed in a standing wave tube / J.S. Bolton, T. Yoo, O. Olivieri. // Technical Review. Briiel & Kjaer. - 2007. - N 1. - P. 1-44.

55 Перцев, А. К. Динамика оболочек и пластин: (Нестационарные задачи) / А. К. Перцев, Э. Г. Платонов. - JI. : Судостроение, 1987. - 316 с.: ил.

56 Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т. 1. / В. И. Анурьев; под ред. И. Н. Жестковой. - 8-е изд., перераб. и доп. - М. : Машиностроение, 2001. - 920 с. : ил.

57 Справочник по сопротивлению материалов / Г. С.Писаренко, А. П. Яковлев, В. В. Матвеев; отв. ред. Г. С. Писаренко. - 2-е изд., перераб. и доп. - Киев : Наукова думка, 1988. - 736 с.

58 Hager, W. A new active set algorithm for box constrained optimization / W. W. Hager, H. Zhang // SIAM Journal on Optimization, 2006, Vol. 17, No. 2, pp. 526-557.

59 Протокол №64/2010-1 от 8 июня 2010 г. Вибрационные испытания изделия «Панель ЗП» / ФГУП «ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова». - С.-Петербург, 2010.

60 Иофе, В. К. Справочник по акустике / В. К. Иофе, В. Г. Корольков, М. А. Сапожников; под ред. М. А. Сапожникова. - М. : Связь, 1979. - 312 с.

61 Бидерман, В. JI. Прикладная теория механических колебаний : учеб. пособие для втузов / В. Л. Бидерман. - М. : Высшая школа, 1972. - 416 с. : ил.

62 Каудерер, Г. Нелинейная механика / Ганс Каудерер ; пер. с англ. Я. Г. Пановко. -М. : Издательство иностранной литературы, 1961. - 777 с.

63 Трибельский, И. А. Метод оценочного расчёта звукоизоляции гибкой панели новой конструкции / И. А. Трибельский, В. В. Бохан, А. В. Зубарев, А. Б. Майзель, С. В. Попков, С. А. Алексеев // Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова : СПб. - 2010. - Вып. 50. - № 334. - С. 138-146.

64 Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике : пер. с англ. / О. Зенкевич. - М. : Мир, 1975. - 544 с.

65 Норри, Д. Введение в метод конечных элементов : пер. с англ. / Д. Норри, Ж. де Фриз. - М. : Мир, 1981.-304 с.

66 Сегерлинд, Л. Применение метода конечных элементов : пер. с англ. / Л. Сегерлинд. - М. : Мир, 1979. - 392 с.

67 Секулович, М. Метод конечных элементов / М. Секулович : пер. с серб. Ю. Н. Зуева ; под ред. В. Ш. Барбакадзе. - М. : Стройиздат, 1993. - 664 с.

68 Трибельский, И. А. Исследование нового осесимметричного конечного элемента для моделирования упруго-динамических свойств газа / И. А. Трибельский, В. В. Бохан // Омский научный вестник. - 2012. - № 1(107). -С. 150-158.

69 Кухлинг, X. Справочник по физике : пер. с нем. / X. Кухлинг. - 2-е изд.

- М. : Мир, 1985.-520 с.

70 Трибельский, И. А. Исследование нового трехмерного конечного элемента для моделирования упруго-динамических свойств газа / И. А. Трибельский, В. В. Бохан // Омский научный вестник. - 2012. - № 3(113).

- С. 79-88.

71 Акустика в задачах / под ред. С. Н. Гурбатова, О. В. Руденко. - 2-е изд., испр. и доп. - М. : Физматлит, 2009. - 336 с.

72 ГОСТ 31295.1-2005. Шум. Затухание звука при распространении на местности. Часть 1. Расчёт поглощения звука атмосферой. - М. : Стандартин-форм, 2005.-34 с.

73 Клаассен, К. Основы измерений. Датчики и электронные приборы: учеб. пособие / К. Клаассен. - 3-е изд. - Долгопрудный : Интелект, 2008. -352 с.

74 Бурдун, Г. Д. Основы метрологии : учеб. пособие для вузов / Г. Д. Бурдун, Б. Н. Марков. - 3-изд., перераб. - М. : Изд-во стандартов, 1985. -256 с. : ил.

75 Трибельский, И. А. Метод измерения звукоизоляции панелей с помощью акустического интерферометра / И. А. Трибельский, В. В. Бохан, А. В. Зубарев, С. В. Попков // Омский научный вестник. - 2012. - № 3(113). -С. 88-94.

76 Результаты испытаний, расчётных оценок и обоснование выбора конструктивных вариантов панелей ЗП и узлов прохода через ЗП, схемы крепления панелей ЗП к опорному контуру : технический отчёт : № Р-10-15/15 / ФГУП «НПП «Прогресс» ; рук. И. А. Трибельский ; исполн. В. А. Адонин и др. -Омск, 2011.- 145 с.

77 ГОСТ 3826-82. Сетки проволочные тканые с квадратными ячейками. Технические условия. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. - 8 с.

78 ГОСТ 18143-72. Проволока из высоколегированной коррозионностой-кой и жаростойкой стали. Технические условия. - М. : ИПК Издательство стандартов, 2003. - 7 с.