Исследование эффективности вибропоглощающих покрытий механических структур тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.06 ВАК РФ

-„АКУСТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени академика Н.Н.Андреева

'на правах руксгл . 1 ;. УДК 534.833

КАНАЕВ Борис Алексеевич-ИССЩОЗАНИЕ ЭМШГОШОСТИ ВЖРОЯСШОцАЮЙ

покрытий ашжаш структур

Специальность ОХ-04.06 - Акустика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Мобква 1993

Работа выполнена в Акустическом институте имени академика Н.Н.Андреева

Официальные оппоненты:.

доктор физико-математических наук, профессор З.В.Тютекин

доктор технических наук Г.В.Тарханов

доктор технических наук, профессор А.й.Станкевич.

Ведущая организация: Центральный научно-исследовательский институт имени академика А.Н.Крылова, Санкт-Петербург

З&щлта. состоится"_" _199 года в ча- ,

сов на заседании специализированного совета при Акустическом институте по адресу:, г.Москва, ул.ШЕерника, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Акустического института.

Автореферат разослан " " 199 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат фиэ-тмат .наук

П.А.Пятаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Диссертация посвящена исследованию лрсблемы влияния вибропоглосяхзцего покрытия на уменьшение энергии вибрационного и звукового поля механических структур (конструкций). Основное вникание уделено сценке влияния на снижение уровней вибраций и звука величины относительного изменения динамических параметров структуры, обусловленного покрытием, а также режима и частотного диапазона возбуждения, типа эсзбуждаемых в структуре упругих волн.

Вибропоглоцающие покрытия являются универсальным пирско используемым средством уменьшения яуыа и зибра-ций различного рода конструкций, малин и установок. Однако эффективность покрытия зависит от многих факторов, обусловленных как покрытием, так и структурой и условиями ее эксплуатации. Знание особенностей влияния покрытия на вибрсвоэбудимость структуры в зависимости от свойств структуры и покрытия, характера и частотного диапазона возбуждения колебаний позволяет целенаправленно выбирать тип и параметры покрытия, оптимальным образом соответствующего структуре и условиям .её эксплуатации. Кроме того, знание указанных закономернее- ; тзй позволяет выработать требования я параметрам шд- • рытия, создать новые типы покрытий и материалы для них.

В конечном счет разработка указанной проблемы позволит повысить эффективность одного из основных методов борьбы с вредными вибрациями и обусловленными ими шумами.

Цель работы -исследование влияния относительного ; ; изменения динамических параметров механических струя- | :тур, обусловленных нанесенным на них вибропогдощагщим ; : покрытием, на величину уменьшения вибрации и излучения; -структуры а-зависимости J31_ типа.структуры, режима j

[__ 3 ^J

к частоты возбуждения колебаний, разработка на этой основе методов оценки эффективности использования покрытий в выбора оптимальных параметров покрытий.

Научная новизна.Основные научные результаты, выносимые на защиту, состоят в следующем:

1. Теоретически и экспериментально исследована зависимость эффективности покрытия, наносимого на стержни, пластины и оболочки от реакма и частотного диапазона возбуждения, от величины относительного изменения динамических параметров структуры.

2. Предложен метод расчета огвдаемой эффективно- . стп виброкоглоцавщего покрытия, основанный на резуль- ; татах проведенного исследования.

3. Оценено влияние на эффективность покрытия ие-однородаостей структуры и её связи с другими структурами оценена, эффективность покрытия по снижение и злу-чаевого структурой звука.

4. Предложен и экспериментально проверен метод выбора расчетной модели для оцекхи эффективности по к- ; рэтйл, наносимого на оболочки сложной форш, основанный ва аппроксимации экспериментальной частотной характеристики входного шпеданца оболочки.

Ь. Проведены теоретические исследования волновых , двиганий криволинейного трубопроводах потоком кидко-; стн, установлена природа и характеристик* волн в система "труба - кидкость", их зависимость от кривизны трубы, её параметров и скорости потока жидкости.

6. Экспериментально исследована статистика вибра-: цш демпфированных е недемпфированных оболочек слоеной ; форш; показано, что даже при гармоническом возбуждения эмпирическое распределение совокупности выборочных значений вибрация имеет устойчивый характер, что поз-валяет использовать доверительные статистические оценки средних значений и характера вибрационного поля

структур.

7. Предложен и экспериментально подтвержден метод расчета эффекта снижения вибрации сложных натурных

'конструкций (рам) при нанесении на них покрытия.

8. Исследовано влияние покрытий на снижение уровней вибрации трубопроводов; предложен метод расчета ожидаемого эффекта покрытия трубопроводов.

Научная обоснованность и достоверность результатов диссертации обусловлена строгой постановкой задач и ; методов их решения, тщательностью подготовки и проведения экспериментов, удовлетворительным соответствием » большого объема экспериментальных и расчетных данных. ;

Практическая .значимость в общенаучном плане состоит в три, что исследована зависимость характеристик вибрации от соотношения динамических и диссипативных па- ■ раметров демпфированных и недемпфированных структур, , показана возможность использования статистического подхода к оценке величины вибрации я характера вибрационного поля структур при регулярном возбуждения. В прикладном плане значимость работы заклвчается в возмож- > ностн использования предложенных 9 работе методов для : прогнозирования ожидаемой эффективности покрытий, на- | носимых на натурные структуры, я выбора на этой основе| покрытий, оптимальных в заданных условиях их испо1ьэо-| ' вакия. - !

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на Всесовзных симпозиумах "Новые методы исследования ■шумов и вибраций" к "Киберяетичеекая диагностика машин и механизмов по виброахустическим процессам" (г .Каунас 11970 и 1972гг), УП Международном конгрессе по акустике ( г.Будапешт, 1971г.) на семинарах "Борьба с шумом |и звуковой вибрацией" (ЦЦЩП, г.Москва» 1972 - 1992гг)

Iii Всесоюзной конференции по борьбе с шумом и вибрацией (г.Челябинск, 1980г.), Всесоюзном семинаре "Вибрационная и противоударная защита малин и установок на транспорте" (Ленинград, 1981г.), на УП+XI Всесоюзных конференциях, на научных совещаниях Совета АН СССР по проблеме "Акустикап-"Колебания и излучение механических структур" (г.Зеленоград, Моск.обл.- 1984г., г.Репино, Ленингр. обл. - 199Эг.),на научных семинарах в ЦНИИ имени академика А.Н.Крылова, в институте строительной физики Госстроя СССР, в Акустическом институте имени академика Н.Н.Андреева.

Основные результаты диссертации опубликованы в 17 работах в центральных журналах и материалах всесоюзных конференций.■

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав (разделов) основных результатов и списка литературы. Объем диссертации составляет 249 страниц машинописного текста. Имеется 49 рисунков, 7 таблиц. Список литературы состоит из 184 наименований.

СОйЕРаАНИЕ РАБОТЫ

Во введении (раздел 1) и обзоре литературы ( раздел 2) обоснована актуальность темы диссертации, дан ; анализ развития метода вибропоглощения, указаны роль и место новых результатов автора в исследуемой проблеме и изложено краткое содержание диссертации по разделам.

Раздел Э посвящен исследованию покрытий, наноси-vnx на основыне элементы конструкций - стержни и пластины. i

При нанесении вибропоглощающих покрытий на метал-; лкческие конструкции (структуры) изменяются динамические .параметры, конструкции - коэффициент потерь»_______\

L* . ■ ' J

масса и жесткость. Расчет этих изменений приводится в ряде работ, посвлиенных теории вибропоглощагщего по?-; крытия конкретного типа, и слоёных демпфированных материалов. Решаемая в разделе задача - выразить через эти изменения эффективность похрытия в зависимости от типа структуры и совершаемых ей колебаний к условий возбуждения.

Изменение параметров структуры приводит к существенному изменению распределения амплитуд вибрации по поверхности структуры, зачастую и к изменению характера её вибрационного поля - бегущая волна, диффузное поле, резонанс. В таком случае целесообразно использовать для оценки вибрационного поля усредненные по структуре характеристики вибрации, например, средний квадрат колебательной скорости, а эффективность покрытия оценивать величиной уменьшения уровня среднего квадрата скорости.

Рассмотрим зависимость среднего квадрата скорости от относительного изменения ■ параметров продольно и изгибно колеблющихся стержней и пластин.

-Тая, для изгибно колеблющегося стержня, возбуждаемого гармонической силой Р , эта зависимость выражается как

РУ+Й гр "

2(Щг Щсиг^ +Со%Ы*£)~

(i)

где * С - комплексное волновое чис-

ло изгибных волн в стержне, С * О '

комплексная скорость распространения изгибных волн,

; |2|

Ь - изгибная жесткость, /V - погонная масса, £ - коэффициент потерь, 60 - круговая частота возбуждения.

Из выражения С I } с гочностьв до £ < 4 получаем на резонансных частотах (а)л :

<Уг>оЛ фтВ ;

на ант«резонансных частотах СО/к :

При увеличении потерь и частоты в структуре Судет существовать лишь бегущая затухающая волна. Б зтом случае ф^^дФ

Часто бывает необходимым снизить вибрацию не на отдельных частотах, а в некоторой области частот. Б этом случае целесообразно исследовать отклик структуры на возбуждение в полосе частот л СО . Используя представление среднего квадрата скорости в виде разложения по собственным модам структуры и усреднял по полосе частот, можно показать, что

I 7

где ¡¥(?.)1ср - квадрат амплитуды моды в точ-

ке возбуждения, средний по совокупности мод, попадающих в полосу а и' .

Зависимость <Уг> от параметров структуры, возбуждаемой заданной скоростью V* » может быть получена, если в выражениях для <.Уг> заменить величину постоянной величиной V2 . В зтом случае на резонансцах

Н1 аитирезснансах

для полосы частот и бегущей волны

Аналогичным образом рассмотрены изгибные и продольные вибрации пластин и стержней.

Оценивая эфрективность покрытия величиной

, (25

3<\/3> У 8.

где параметры с индексом "С" относятся к исходной структуре, без индекса - к структуре с покрытием, получим для рассмотренных структур следующие значения параметров

Область частот Режим возбуждения Продольные колебания стержня Изгибные колебания стержня Изгибные колебания пластин

? и Р Ы Р М

резонанс Р V 20 10 10 20 0 0 20 10 10 20 0 0 20 10 10 20 0 0

Антирезонанс Р V 0 10 10 ООО 0 10 10 ООО 0 10 10 ООО

Бегущая ) волна ) Полоса шума^ Р V 10 15 5 10 5-5 [0 2,5 :0 2,5-2,5 10 15 5 10 5 -5

Предложенный способ расчета эффективности прове- ; рялся экспериментально. Для этого исследовались вибра-; ции пластин, демпфированных различными покрытиями. В результате получено удовлетворительное соответствие I измеренных и расчитанных значений среднего квадрата ;

скорости пластин.____________•_|

9 ;

На практике демпфированные конструкции всегда имеют связь с другими конструкциями и с окружающей сре дсй, что влияет на эффективность их демпфирования. Показано, что эффективный коэффициент потерь таких конструкций определяется соотношением

Нс + -т?

где для двумерной структуры Р « 2 .

О- " 5 • ~ коэффициент прохождения энергии на участке контакта длиной Ь ; - площадь поверхности структуры, - внутренние потери в материале структуры, ^ - потери, обусловленные связьс,

С г/» - групповая скорость упругих волн. Эффективность в этом случае равна ^

ус - коэффициент потерь структуры с покрытием. Видно, что покрытие эффективно, если

Поглощение энергии изгибных и продольных колебаний однородных структур определяется коэффициентом по-' терь, соответственно,изгибных и продольных колебаний. В неоднородных структурах происходит взаимное преобразование энергии различных ткпсе колебаний, что приводит к зависимости потерь энергий данного типа от величины коэффициента потерь другого типа колебаний, от величины связи и от соотношения энергии, возбуждаемых источником. Для ограниченных неоднородных структур уравнения баланса энергии могут быть записаны в виде

где Н^' - энергия, поступающая от источника в единицу времени в единичном интервале частот.

Ь'-^'^Г-' Л-**,/*/!:,

/) I - коэффициент потерь. С; - групповая скорость, л Л; - число мод колебаний в полосе дб) со сред- • ней частотой и) , Л - изменение волнового

числа на интервале ¿.и) , 7с - энергия, приходящаяся на одну моду колебаний, Ы- - параметр связи, I =1,2, индекс "I", относится к иэгибным, индекс "2" - к продольным колебаниям.

Определим эффективность демпфирования Эс от- ■ ношением энергии колебаний соответствующего типа до и после нанесения покрытия. Тогда для изгибных колебаний

з _ ¿¿ь-хмМй* х(г,Ч')1

где у. = , К -¿А ■ / » I: параме-

тры со штрихом относятся к структуре с покрытием. При сильной связи х1 •• и

Для стальных пластин £ = й Н{е»)1'' ;

эта величина меньше единицы в широком диапазоне час- > тот и широком интервале толщин, так что ^ * '¡[(^ ~ %с демпфирование изгибных колебаний такое же, как в однородной структуре.

В диссертации аналогично рассмотрена эффектив—- . ностъ демпфирования связанных продольних и изгибных колебаний при других соотношениях параметров В частности показано, что при слабой связи эффективность демпфирования изгибных и продольных колебаний равна произведению эффективное?ей демпфирования продольных и изгибных колебания однородной структуры. 'Полученные соотношения позволяют в практических слу-

I " И

чаях оценивать степень влияния взаимосвязи типов ко- : лебаний на величину их демпфирования. ;

Влияние вибропоглощающего покрытия на излучение колеблющимися структурами звука определяется не только уменьшением амплитуды колебаний, но и изменением характера поля структуры, а также изменением соотно- , шения параметров структур« и среды, что приводит к изменению коэффициента излучения структуры. Кроме того, это влияние различно в двух характерных частотных ; областях - и<и)й и Ю>Сдс . где - так

называемая частота совпадения.

Наиболее излучающими элементами сложных натурных структур являются пластины. Рассмотрено влияние покрытия на излучение конечной и бесконечной однородной пластины, а так же пластины с ребрами жесткости. За меру эффективности ( Э ) принято уменьшение мощности, излучаемой пластиной до ( У/о ) и после ( ) нанесения покрытия. Показано, что на частотах 0} >и)а уменьшение -вибрации бесконечной однородной пластины вследствие увеличения внутренних потерь энергии в пластине приводит к существенному снижению уровня излучаемого звука. При ^ ( где Ьи = ус/сДМ , у>С - характеристический импеданс среды) эффективность 3 близка к ВП пластины. С ростом эффективность Э становится существенно.меньше ВП. На частотах Ьо < и)о излучение является результатом объемного смещения пластины вблизи точки возбуждения, излучаемая в этом случае энергия не зависит от коэффициента потерь пластины и определяется лишь изменением её жесткости 1> и кассы /я

Уменьшение излучения конечной пластины определи- ; ется уменьшением амплитуды резонирующих форм её коле-' Саккй, в связи с чем увеличение потерь в пластине за счет покрытия всегда приводит к снижению излучения. 1

* о !

Так на частотах и< и)0

>

где И/сду/Н $ • ^ ~ сопротивление излучения, £ - площадь пластины, - резонансная частота.

Мощность излучения неоднородной пластины, каковой является пластина с ребрами жесткости, складывает--' ся из мощности излучения пластины без ребер №? и мощности, обусловленной ребрами IVр . При этом эффективность покрытия по снижению излучения на частотах Ш < равна

М? * К1ро

о,

{О(с _/Ш"1)

где - величина, определяемая жесткостью ■

и массой, - потери на излучение, - волновое !

число пластины в среде. !

Величина Ц/р не зависит от покрытия и эффективность связана лишь с уменьшением излучения ребер.

При этом эффект покрытия ксжет быть существенным |

в случае превышения \Л/р над И'с . что имеет место, когда амплитуда реверберационной составляющей поля вибраций пластины без покрытия значительно больше амплитуды прямой волны, распространяющейся от места возбуждения.

Рассмотренные случаи излучения пластины являются типичными в практике, поскольку многие конструкции (кожухи, экраны, каюты, кабины и т.д.) представляют собой соединения однородных и подребренных пластин и не сильно искривленных оболочек. Поэтому результаты могут быть использованы для качественной и приближенной оценки эффекта покрытия, наносимого на конструкции.

В четвертом разделе рассматирвается влияние покрытий на вибрацию оболочек. Наибольшее внимание уделено цилиндрическим оболочкам, являющимся элементами трубопроводов, - широко распространенных частей различных машин и механизмов. Предполагается, что эффект покрытия сводится к изменению коэффициентов движения оболочки, обусловленному изменением её динамических параметров, или изменению таких характеристик как имледанц.

~2( , резонансные частоты и коэффициент по-

терь Ь оболочки.

эффективность покрытия при гармоническом возбуждении колебаний может быть выражена через относительные характеристики как

СП мГ 1*

Вд® ^(2^'Ве)* • ~ »«педанц ис~ ,

точника, - входной ишеданц оболочки. Соотношение ( 3 5 позволяет прогнозировать эффективность, если известна зависимость 2£ , , Ь от динамичес-

ких параметров структуры и покрытия. Так на резонансе оболочки, возбуждаемой точечной силой ( « ) в ;

I

__!

направлении радиуса, £( * Х^Юц ( - параметр, зэеисяций от значения собственной функции в точке возбуждения); собственные частоты рав-

"" г

^* - + В,р/]//>1 - Вил//Ь,

бкгГ ^п^*!?)+ -эффективная

жесткость моды ( р ), - продольная и иэгибнал

жесткость эквивалентной пластинк, Ы к ув - функции номеров моды ^ и Р ■ ® этом случае эффективность покрытия будет равна

При возбуждении оболочки в полосе частот рель входного импеданца выполняет характеристическая иуле-данц, который целесообразно рассматривать в трех частотных диапазонах: , и)х<Ц)<и)0 , ц)>а)с , где и)Си/г , ,СииСа -скорость изгибных и продольных волн в эквивалентной пластине, £ - радиус оболочки. В низкочастотном диа-дазоне, где колебания определяются балечными модами,

<■) ' Сс - скорость кзгиСных волн в эквивалентном стержне, - масса единицы длины оболочки, ¿"г /-/" . В диапазоне си> < и) о импеданц

> ¿Г-8/87Г ; ка высоких частотах ( ы>с<Л> ) - ¿V г ¿?/>

Используя эти соотнесения для двух реу.п^св возбуждения - заданной силой Г и скоростью V - получим следующее об'дее выражение для эффективности

где параметры определены таблицей:

Область частот

Режим возбу жде-ния

р

м

N

К

20 10

Резонанс

ихиЬ ь^иХУ.

ш>Ц)о

V

20 20 20

О О

0 0 10

0 0 0

-ю 5 15

10 0 10

Антирезонанс

«4 ¿Ы* Ц)>(ч)о

0 10 0 10 0

0 10 10 5 -5

0 10 10 0 е

0 0 0 0 0

Полоса частот, бегущая волна

Р V

10 17,5 0 2,5' О 10 2,5 0 -2,5 О

их<<Лсц,

р v

10 12,5 5 2,5 О 10 7,5 -5 . -2,5 О

и >и>,

р V

10 15 10 5

5 -5

О О О О

10 10

о

о о

Последняя строка таблицы соответствует режиму постоянной энергии аУ , поступающей в структуру от | источника. {

Полученный результат позволяет оценить вклад из- \ менения каждого из динамических параметров в эффект I покрытия. В отличие от случая демпфирования стержней : и пластин эффективность покрытия оболочек при гармо- : ническом возбуждении зависит от номера моды, колеба- ]

1Ь

и

р

ний ( К JÍ 05.

Аналогично исследована эффективность при ради-~ .ально-симметричном возбуждении колебаний оболочки; предварительно для этого случал получены выражения xa-, рактеристического импеданца. ¡

Использование вибропоглощающих покрытий на трубопроводах до настоящего времени не получило широкого распространения, в связи с чем скудны и экспериментальные данные об эффективности.

Нами проведены экспериментальные исследования ; эффективности мастики Антивибрит-5, покрытия ЩП, представляющего собой пакет листов перфированноЯ резины, и Полиакрил-ЗС, изготовленного из чередующихся слоев алюминевой фольги и полимерного связывающего. Покрытия наносились на макет криволинейного трубопровода, изготовленного в виде прямоугольного колена. Общая длина -.140 см, диаметр - 10,5см, толщина стенки Hj » 0.25см, плотность материала (сплав !■££?.) - fi-8,9 ч/см3, модуль Юнга - £j =1,3 * I012 ди/см^.

Средний квадрат модуля скорости определялся по совокупности п. = 16 * 20 точек измерения, в которых 3-х компонентным датчиком в 1/3 - октавнкх полосах частот измерялись ортогональные компоненты скорости. Б результате показано, что вкбропоглощающке покрытия существенно уменьшают Еибрацию трубопроводов; наиболее эффективней является мастика Антивибрлт-5.

Экспериментальная эффективность покрытий сопоставлялась с расчетной. Расчет проводился в соответствии с соотношением ( 4 ) и данными таблицы. Динамические параметры - масса и жесткость расчитывались по ; соответствующим соотношениям. Коэффициент потерь в об-i ласти частот Ы < u)¿ , когда материал оболочки подвергается растяжению - сжатию, и в области Ш * и>е , где оболочка эквивалентна кзгибно-колеблющейся пласти-

х i

кс, расчитывался по изеост-ми соотнесения:.! для балоч-ньэс и пластинчатых мод колебаний оболочки. Для расчета коэффициента потерь в области СОг < и)< ни о предложен следующий способ.

Коэффициент потерь моды ( п, р ) определяется как га-е оС" - отн°-

гение энергии иэгибных к продольных деформаций оболочки, ¿7и и - соответствующие коэффициенты потерь. Используя выражения для энергии £и и через смещения стенок сболсчки к учитывая, что для >7 < 1 справед-. лиеы следующие соотнесения между амплитудами оотего-

Ви Г1

где Г * К Ц . ПриЛ> 7 <*„М л р,

В области частота ЮОО-1еиООГц имеет место хорошее соответствие расчета л эксперимента. На частотах 200300, оОО-ьООГц расчитанные значения лежат Бьше экспериментальных, что объясняется отсутствием резонансов в оболочке в указанных полосах частот.(Рис.I.)

Рис.1. Эффективность покрытия "Антивкбрит - 5Ы" на макете трубы: I - эксперимент, 2- расчет.

1,1В 0=3

I 18

Эффективность покрытия с ростом частоты увеличивается от эффективности демпфирования продольно колеблющейся пластины до эффективности демпфирования пластины, совершающей изгибные колебания. Развитый способ расчета позволяет оценивать ожидаемую эффективность и выбирать наилучший вариант покрытия.

Чтобы оценить влияние кривизны труб и потока жидкости на характеристики вибраций рассматривался тонкий трубопровод, ось которого имеет в полоскости постоянную кривизну 1/Я . радиус трубы t мал по сравнению с радиусом кривизны. По трубе течет с постоянной скоростью идеальная жидкость.

Используя гипотезу плоских сечений, рассматривая движения 'жидкости как одномерное, завкясщее от одной криволинейной координаты вдоль оси трубы, пренебрегая трением жидкости, получим уравнения движения системы "труба^жидкссть". Подстановка решения в виде бегущих волн позволила далее получить дисперсионное уравнение задачи. Уравнение решалось методом возмущений для не слишком малых частот. В результате получены следующие решения для волновых чисел задачи:

Г/ Мс/т 1

2le.il}1 ({-I

г, 1

11 Мс/т У) м*у {

т»/и-масса и труТь/.

' ......~~..............' 19

3 системе существуют четыре типа волн: звуковые волны в жидкости ( ах 2^* пР0-°-"ьные £ 4) изгибные бегущие С К^ ь) и изгкбные неоднородные I К^ д) волны в трубе. Кривизна трубы и поток жидкости в ней приводят к взаимной связи этих движений, результатом которой являются добавочные члены к "невозмущенным волновым числам К„, 1-й, К,,.

^ л

¿ели материал трубы обладает потерями (коэффици-ект потерь ^ ), то решением вместе действительных к^ ( ^ » X + с) будут комплексные и?*+Ср^ , где

а ¿т./» ^ - ¿/^ ,

1 /л* щ

а =i—

Кривизна трубы приводит к увеличению прост ранет- • венного затухания продольных волн в трубе и появлению , затухания в жидкости. Затухание изгибных волн с ростом кривизны уменьшается, с ростом же скорости потока -уменьшается или увеличивается в зависимости от направления распространения волны относительно потока.

Пятый раздел посвящен экспериментальному исследованию статистических свойств совокупности измерений вибрации оболочек двух кок$игураций с покрытием и без него. Знание этих свойств позволяет производить вероятностно-статистическую оценку средних характеристик _вибрации и зависимости её - достоверности от числа то; 20

чек измерения, что необходимо,в частности, при определении эффективности снижения вибрации в результате нанесения покрытия.

для исследования использовались стальные звукоизолирующие кожухи I оболочки) прямоугольной и комбинированной формы. Вибрации возбуждались гармонической силой на частотах I3C -ХсСЮОГа; волновые размерь; сболсчек kL » * ¿iü г-'я прямоугольной и кЬ ic * 120 для комбинированной с С елочки. Числе точек измерения равнялось, соответственно Л = 350 и/? =280.

По совокупности Iвыборке) нормированный амплитуд X^'&i/tt и квадратов амплитуду,. (д л Az -

средние значения) расчитывались эмпирические функции плоскости вероятности vгистограммы). 3 результате no-каданс, что распределение амплитуд и квадратов амплитуд на всех частотах однородных и демпфированных оболочек и.уеет характерную асимметричную форму ( Рис.2), чте позволяет апрсксиу-нрсвать его единой функцией -гамма-распределением

/ / ) о/ Р-* ~dX

-е ,

где X - X; или л,„ , ? > 0, Г(?)-гамма-функция от ?. Оценками параметре в ? и cL являются /> * 5с 3/$>г , к <2. - jc/g ^ , X и SZ - оценки математического ожидания и дисперсии выборки.

¿егке видеть,что гистограммы достаточно хоросс аппроксимируются гамма - распределением. Это позволяет использовать его для расчета доверительных интервалов среднего квадрата колебательной скорости оболочек.

Разлагая г&\ма-распределение' в ряд по полиномам Чебь^ева - Эрмита, можно показать, что с увеличением Рп * Н Р разность между Qß fot? Рп) 'л нормальным законом <р(х) уменьшается как if/о и при

малых Л. может быть существенной. В этом случае использование нормального распределения для оценки достоверности средних величин вибрации может привести к существенной ошибке. _

\

\

^?,1 1,0 ю а,1 1,о и ",> ич .. т

Рис.2. Распределение амплитуд вибрации однородной комбинированной оболочки

Для правильного выбора коэффициентов при расчете эффективности покрытия необходимо знать характер вибрационного поля. Соответствующая статистическая обработка совокупности многоточечных измерений вектора вибрации| позволяет это делать. В качестве'критериев могут быть ; использованы распределение фаз и ортогональных компонент вектора вибрации. В работе приведены примеры та- $ кой оценки вибрационного поля кожухов. В частности по-; казано, что существующая на низких частотах стоячая волна с ростом частоты переходит в диффузное поле в однородной оболочке и в бегущую от источника затухающую волну - а демпфированной покрытием оболочке.

В практике борьбы с вибрациями- и шумами приходится иметь дело с конструкциями, представляющими собой

сложные неоднородные структуры-рада' и фундаменты ме- 1 ханизмоЕ, трубопроводные системы и т.п. Трудность вы-. бора модели для описания вибрации таких структур,отсутствие достаточно полных и обобщенных данных делает необходима проведение натурньоиисследований вибрационных характеристик конструкций и влияния на них покрытий. Полученные при этом практически полезные \ результаты яеляются в то же время основой для соэда- ' ния и проверки расчетных моделей.

5 аестом сазделе приводятся результаты натурных ! исследований покрытий, наносимых на рамы и трубопроводы, предложены и проверены способы расчета эффектив- ! ности покрытий для таких конструкций. :

На четырех рамах судовых вспомогательных механизмов было испытано покрытие ВМЛ-25. Рамы представляют собой стальные сварные конструкции; толщина элементов (пластин) - ст 5 до 30мм. ЕМЛ-25 - жесткий листовой Еибрсяоглощающий материал, толщина покрытия состав- : ляет двойную толщину элементов рамы.

Производилась запись частотных характеристик ортогональных компонент вектора колебательной скорости в точке возбуждения и компонент вектора скорости в 1/3 октавных полосах частот в совокупности П « 16+24 точек поверхности рам, диапазон частот 5 + 10000Гц.

Анализ частотных характеристик свидетельствует о сложности пространственных форм колебаний рам, о наличии сеязи различных типов деформации элементов рам, что приводит к выравниванию их энергии, подтверждаемому экспериментально близостью друг к другу средних квадратов ортогональных компонент скорости вибрации. Равенство энергии типов колебаний'(продольных, изгиб- | ных и сдвиговых) положено в основу предложенного спо- : соба расчета ожидаемой эффективности покрытия, наносимого на раму. Коэффициент потерь в этом случае можно.

23 1

определить как

где Ь, - коэффициент потерь рамы без покрытия,^, ,, - коэффициент потерь элементов (пластин) рамы с : покрытием, подверженных изгибам, продольным и сдвиговым деформациям; $х/>1£ - отношение площадей, учитывающее относительное уменьшение потерь энергии при. нанесении покрытия на часть поверхности рамы. Расчи-танная таким образом эффективность покрытия ВМЯ-25 сопоставлена с экспериментальнойопределяемой умень-: шением среднего квадрата модуля колебательной скорое- -ти, измеренной в совокупности Ц точек измерения.(Рис. 3) В результате получено удовлетворительное соответствие расчетной и экспериментальной эффективности для ; всех испытанных рам, что позволяет использовать метод ! для расчета и прогнозирования эффективности при проектировании виброзащитных -рам.

Рисг.а. Эффективность покрытия на раме К а ), 2 (.6 ), 3(з) и 4(г): «— * эксперимент, *—« расчет.

----!

Аналогичным образом исследовалась эффективность демфирования покрытиями трубопроводов - наиболее распространенных элементов различных- промышленных и транспортных установок. Исследуемые трубопроводы включались в систему стенда, имитирующего натурные условия их эксплуатации.

Исследованные образцы представляют собой прямолинейные и изогнутые трубы двух типоразмеров, характеризуемых диаметром Д, толщиной стенки Н и длиной и : 1- Д « 160мм, Нт * Ь » 4м; П - Д - 55км, Н~ -

2,5мм, Ь » 2,7м. Трубы изготовлены из сплава ШР

. 1,3 ' Ю^н/м2, / «6,9 ' 103 кг/м3). Покрытие ; /щтивибрит-оЫ наносилось толщиной ^ « (1,3 * 1,4)Н^ : для типоразмера I и Й£ * (1.7 ♦ 1.£)Нт для тнпоразме- . ра П.

Производилось исследование частотных характеристик отклика в точке возбуждения и значений компонент , веггора вибрационной скорости в совокупности /? ■ 20 + 23 точек изшрзшм вдоль трубы. Вибрации возбуждались вибратором (гармонический сигнал или пум) иди цекгробеаным насосом, создающим поток жидкости. Эффективность покрытия определилась как уменьшение уровня среднего квадрата скорости в 1/3 октавных полосах : вута. В качестве примерз на Рис.4 приведена эффектив- . кость демпфирования труб, типа I с водой и без воды, зсзбуздгиг.'гых вибратором и насосом. В области балочных колебаний (до / ■» 1540Гц) эффективность составляет 4 + 5 дБ, с ростом частоты - растет до 12 - 15дБ.

Расчет ожидаемой эффективности производился изло-,генным в разделе 4 методом; соответствие расчетных и •' •экспериментальных кривых эффективности ( Рис. 4) поз- ; ; воляет использовать предложенный метод для приближен- ; ; ной оценю? снижения вибраций труб.

25 I

1

Рис.4. Эффективность вибропоглощающего покрытия на образце труб типа I:

1 - возбуждение вибратором,

2 - возбуждение насосом стенда,

3 - расчет для прямолинейной трубы

Аналогичные результаты были получены на всех образцах криволинейных труб обоих типоразмеров.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ .

1. Канаев Б.А., ТартаковскиЯ Б.Д. Программированное определение параметров двухслой- ; кого вибропоглощающего покрытия) // УШ Всесоюзная | Акустическая конференция, Л.,- - 1971г. |

2. Тачккочьку £., б-., Колаеу В ^ЬраамЩ Ои¿ппА.ОрЪтлй{соп /леОюсЬ ¿¡¿ю^егнрии!

¡(г^мёцЬсп оп чНисЬщ/Ш |

1 Соь^ен ¿<и>ц1?Ш.- %ис/аре<;(1 /9}/, |

3. Канаев Б.А.

Об энергетической оценке колебаний демпфированных ! структур (стержней и пластин) // УШ Всесоюзная Акустическая конференция - СШв-Ъ. -М., 1973г.

4. Борисов Л.П., Канаев Б.А.; Рыбак С.А, Тартаковский Б .д.

О критериях оценки эффективности вибропоглоцаю!цих покрытий // Акустический журнал - 1974, - Т.20, ' * 3*. - С.352 - 359.

5. Канаев Б.А., Дюбашевский Г .С., Тартаковский БД. Экспериментальное исследование статистики вибраций механических структур // Акустический журнал - 1975

- Т.21, » 4 - С.559 - 5Ь7.

Ь. Канаев Б.А., ТаргакОЕСккй БД.

©¿эффективности двухслойного зибропоглощающего покрытия // Акустический журнал - 197Ьг.,Т.22,

5 I. - С.129 - 131. .

7. Канаев Б.А., Рыбак С.А., Тартаковский БД.

К сценке поглощения энергии связанных изгибных и продольных колебаний ограниченных структур 7/ Акустический журнал - 1977. - Т.23, -С.ЬУ - 73.

8. Канаев Б.А., Тартаковский БД.

К оценке эффективности вибропоглощавцих покрытий// Акустический журнал. - 1979. - Т.25, № 25, У; 2.

- С .245 - 250. . ■■ .

9. Канаев Б.А., Тартаковский Б.А.

К вопросу с демпфировании неизолированных структур // Акустический журнал. - 1982. - Т.28, № 4.-С.5Ы - 563.

Ю.Канаев Б.А., Тартаковский Б.Д.

06 оценке эффективности вибропоглощающих покрытий нанесенных на цилиндрические оболочки // Акустический журнал - 1982. - Т.28, М 3. - С.353 - 356.

11. Борисов Л.П., Канаев Б.А., Тартаковский Б.Д. Характеристическая проводимость и эффективность Бибропоглощения при радиально-симметрическом воз-буядении цилиндрической оболочки //Всесоюзная Акустическая конференция,секция ЛУу-б.М., 1983г.-

12. Канаев Б.А., Тартаковский Б.Д.

Об оценке эффективности вибропоглощаю одах покрытий -по излучению в окружающую среду //Вопросы судостроения .- 1984.-Серия."Акустика"-Вып.19-с.63-06.

13. Ефимов И.А.,Канаев Б.А.,Тартаковский Б.Д. Демпфирование вибраций трубопроводов вибропогло-щающими покрытиями: эксперимент и расчет //Акустический журнал. - 1969, - Т.35, М, - С.629-633.

14. Ефимов ¿i.A., Канаев Б.А., Тартаковский Б.Д.

Об оценке эффективности демпфирования вибраций криволинейных трубопроводов //Акустический жарнал 1989, - Т.35, ¥ 5, - С.948 - 949.

15. Канаев Б.А., рыбак С.А.

О волнах в тонком криволинейном трубопроводе . //Акустический журил - 1990. - Т.36,№ 2. С.296 -ЗОЕ-

16. Ефимов И.А., Канаев Б .А., Рыбак С.А.

О волновом движении криволинейного трубопровода// i Материалы семинара. - ЩНШ. - Ы., 1992. г С.

17. Белов В Л, Канаев Б. А.

Демпфирование вибрации рам вибропоглощающиыи покрытиями: эксперимент и расчет //Акустический журнал. - 1992. - t.38.,S3.- С.540-543.

Заказ 62 Тираж 100

Отпечатано на ротапринте Акустического института.