Исследование виброакустических характеристик механических конструкций методами физического моделирования тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.06 ВАК РФ

РТ6 од

. „ . Российская академия наук

_ 9 Институт прикладной физики

На правах рукописи

ЕКИМ.ОВ Александр Эдуардович

ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕХАНИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ МЕТОДАМИ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

01.04.06 — акустика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород — 1993

Работа выполнена в'Институте прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород

Научный руководитель: член-корреспондент РАН, профессор

В. А. Зверев

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

А. М. Сутин,

Ведущая организация: Санкт-Петербургский Морской

Защита состоится " 7-0 " ^е^имлЛм 1993 г. в часов на заседании специализированного совета К 003.38.02 в Институте прикладной физики РАН по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института прикладной физики РАН.

Автореферат разослан " " ^ч-с/ил_ 1993 г.

кандидат технических наук А. А. Постное

техниеский университет, г. С.-Петербург

Ученый секретарь специализированного совета доктор физико-математических наук

А. Г. ЛУЧИНИН

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Определение и анализ виброакустических характеристик распределенных систем является одним из наиболее важных и сложных прикладных разделов акустики. Важность связана с практической деятельностью, направленной на борьбу с шумами и вибрациями в промышленности и на транспорте. Сложность обусловлена тем, что точный расчет акустических характеристик распределенных систем, содержащих виброактивные источники, зачастую невозможен в связи со сложными типами колебаний конструкции и их слабой связью с акустическим полем. Стоит отметить, что такая слабая связь приводит к тому, что основная доля вибрационной энергии источника, передаваемая конструкции, уходит на внутренние потери и только малая часть (малые доли процента) - в акустическое поле. Это накладывает яэсткие требования на точность задания параметров системы для проведения количественных расчетов, что не всегда можно сделать a priori.

Указанные трудности, возникающие при использовании математических методов, преодолимы при использовании экспериментальных методов, например, методов физического моделирования, суть которых заключается в воспроизведении на моделях физических процессов, подобных процессам в оригинале и экспериментальном их исследовании.

На практике используется приближенное моделирование, поскольку абсолютное подобие не имеет места, фи этом возникают проблемы определения акустических характеристик модели ( поскольку виброактивные источники заменяются их пассивными моделями) и оценки достоверности акустических параметров натуры, полученных в результате экспериментов с моделью.

Поэтому актуальной задачей является разработка критериев акустического моделирования, методов и средств акустических испытаний с моделями объектов, предназначенных для определения эффективности альтернативных решений, направленных на снижение акустического излучения распределенных систем на ранней стадии проектирования.

Цель диссертационной работы - разработка экспериментальных методов исследования виброакустических характеристик рас-

пределенных систем, разработка критериев сопоставления результатов исследований на моделях и натуре, проведение исследований по разработанным методикам по выяснению влияния конструктивных неоднородностей на виброакустические поля распределенных систем; исследование механизмов формирования акустических полей неоднородных механических систем, развитие методов диагностики целостности конструкций на основе анализа вибрационного отклика на внешнее возбуждение.

Методы исследования. Эксперимент на современной технической базе.. Использовались соотношения подобия, основывающиеся на общих соотношениях математической физики и акустики для определения критериев моделирования акустического излучения распределенных систем. Определение реальных возможностей и надежности полученных результатов проводилось на специально оборудованных стендах и полигонах, оснащенных современной виброизмерительной, акустической, вычислительной техникой, по специально разработанным методикам.

Научная новизна.

1. Разработана- экспериментальная методика и техника для проведения акустических испытаний с физическими моделями распределенных систем.

2. Разработана и проверена в лабораторных условиях методика комбинированного моделирования для изучения процесса зву-коизлучения в жидкости.

3. Экспериментальным путем выяснено влияние упругоинерци-онных неоднородностей на вибрационные и акустические свойства цилиндрических оболочек. Указаны физические причины, приводящие к расхождению результатов эксперимента и численного расчета. Даны конкретные рекомендации по конструированию механических систем с низкими вибрационными и акустическими свойствами.

4. Получены на основе экспериментов оценки предельно возможной акустической мощности, излученной резонансной компонентой вибраций распределенной механической системы.

5. Предложен в качестве диагностического признака наличия трешин в конструкции экспериментально обнаруженный эффект генерации субгармоник основной частоты возбуждения вблизи трещин при вибрационных испытаниях фундаментных конструкций.

Практическая ценность. Результаты, представленные в диссертации позволяют:

- использовать разработанные методики и схемы акустических измерений для проведения испытаний с физическими моделями с целью оценки альтернативных решений по снижению звукоизлуче-ния на ранней стадии проектирования;

- применяя метод комбинированного моделирования, определять акустические характеристики сложных объектов в жидкости без использования непосредственных измерений на акустических полигонах;

- использовать на практике конкретные рекомендации по снижению вибрационных и акустических свойств механических конструкций, например, определять величину инерционной неоднородности в точке приложения силы для подавления резонансов конструкции и снижения акустического излучения;

- проводить оценки предельных уровней излучения механических систем по минимальному числу параметров ( величине действующей силы, реальным частям механического и акустического импедансов) , что важно при проведении инженерных расчетов;

- использовать в качестве диагностического признака наличия трешин в конструкции эффект генерации субгармоник основной частоты возбуждения;

- использовать алгоритм определения параметров вибрирующих мембран-полос и пластин-полос (таких как тип краевых условий, геометрические размеры и материал системы) по спектрам собственного акустического излучения.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции "Вибродиагностика. Оценка технического состояния механизмов и разделение источников шума Проблемы стандартизации" ( Горький, 1984г.), •на Второй Всесоюзной конференции по механике неоднородных структур ( Львов, 1987г.), на Всесоюзной конференции ВНИИНЫ "Волновые и вибрационные процессы в машиностроении" ( Горький, 1989г. ), на Всесоюзном симпозиуме " Взаимодействие акустических волн с упругими телами" ( Таллинн, 1989г. ),на 3 Всесоюзной конференции " Вибрация и вибродиагностика. Проблемы стандартизации" ( Е Новгород, 1991г.), на 2 международном конгрес-

- б -

се по последним достижениям в исследованиях воздушного шума, структурного звука и вибраций (г. Оберн, штат Алабама, США, 1992г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, включая 1 авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссертация состоит ив введения. трех глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 181 стр. текста, включая 43 рисунка. Список литературы составляет 175 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, анализируется состояние проблемы, сформулирована цель диссертационной работы, приведены положения, выносимые на защиту, кратко изложено содержание диссертации.

В первой главе приведены основные положения метода физического моделирования и критерии физического подобия модели и натура Рассмотрен вопрос выбора масштаба модели. Приведены методы и схемы экспериментальных исследований, разработанные для акустических измерений с моделями, основанные на определении коэффициента передачи конструкции прямым и взаимным способами. Использование метода взаимности позволило решить задачу определения акустических характеристик модели распределенной системы в которой виброактивные источники представлены в виде пассивных макетов. Для проведения измерений по методу взаимности был специально разработан и изготовлен широкбполосный гидроакустический излучатель. Для исследования колебаний поверхности распределенных систем был впервые в подобных задачах использован метод бесконтактных измерений, позволивший устранить влияние массы вибродатчиков на результаты измерений.

В п. 1.1 приведены основные положения метода физического моделирования и известные критерии физического подобия модели и натуры, полученные из уравнений для звукового давления в жидкой (газовой) среде и колебаний в твердом теле с учетом условий на границе жидкости и твердого тела. Рассмотрен вопрос выбора масштаба модели и в качестве примера рассмотрен расчет

эквивалентного набора подкреплений в цилиндрической оболочке.

В п. 1.2 рассмотрены вопросы экспериментальных измерений виброакустических характеристик механических конструкций. Приведены разработки схем измерений для вибрационных и акустических экспериментов с моделями.

Методика экспериментальных исследований заключалась' а возбуждении конструкции заданной силой и измерении вибрационного отклика в точке'зозбуядения, других точках конструкции, а так же величины акустического поля в требуемых точках окружающей среды. Нормированное на заданное возбуждение .значение отклика, называется коэффициентом передачи. При вибрационных исследованиях измерялась величина силы , дейстзуящэй на конструкцию, и наведенные этой силой вибрационные скорости в определенных точках .конструкции. Коэффициент передачи определялся с помощью следующего соотношения:

Ifj . «>

где Uj -величина зибрационной скорости в j -ой точке конструкции, наведенная силой F; , действующей в i -й точке.

При у.сслэдсзании акустического излучения коэффициент передачи Г0) связывает внешнюю силу F(ü), \ о акустическим полем р(и),Т0, Г0)

pwSoJo) - Н"(Ы,Г0Л) • Г0) (2)

где. S0 - координата точки конструкции, Г0 - координата точки а ноле. " ...

Величина коэффициента передачи характеризует иэлучатель-ную способность конструкцда: зная силу F ( U), 50) можно определить излучаемое конструкцией акустическое поле р

Рассмотрены прямые и взаимные способы измерения коэффициента передачи. Метод взаимных измерений основан на использовании принципа взаимности для механико-акустических систем. Он заключается в определении коэффициента передачи путем измерения колебательной скорости в интересующих точках механической конструкции, возбуждаемой монопольным акустическим источником, помещенным в заданную точку пространства Коэффициент передачи

- 8 -

при этом определяется по формуле:

— ~ . tf(^) K^.Se^o)--— ' (3)

где U4$0V линейная колебательная скорость в точке Ь», Q - производительность (объемная скорость) акустического излучателя. Такой метод позволяет, использовать мощаый излучатель для повышения отношения сигнал/помеха при измерении виброскорости и одновременно определять коэффициент передачи во многих точках, так как скорость в точке $ на конструкции измеряется малогабаритными легкими акселерометрами. Прямой метод целесообразно испольэовать как вспомогательный для контроля и калибровки взаимных измерений.

В качестве критерия акустического моделирования предлагается использовать нормированную величину коэффициента передачи, характеризующую связь силовых и акустических полей, имеющую одинаковое значение для модели и натуры при их полном подобии. __ ^ _

*<«■>, Го) = и1 = ' «>

где знак idem означает равенство для модели и натуры,

- u)/ 4.2ГС | - $0 I - коэффициент передачи при возбуждении бесконечной пластины в жидкости, возбуждаемой сосредоточенной силой (коэффициент передачи диполя).

Это может быть использовано:

- для отработки методик построения и технологии изготовления моделей, путем сопоставления величин нормированных коэффициентов передачи, полученных на действующей натуре и ее физической модели;

- для прогнозирования акустического излучения отдельных виброактивных механизмов по заданным силовым характеристикам и величине нормированного коэффициента передачи, полученного на модели, с учетом масштаба моделирования ( для пересчета частот).

В п. 1.3 описана, защищенная авторским свидетельством, методика комбинированного моделирования. Методика позволяет проводить акустические измерения с мелкомасштабными моделями в лабораторных условиях ( в бассейне), когда имеются ограничения по пространству. В гидроакустическом бассейне измеряют распре-

деление нормальной составляющей вибрационной скорости У($)по поверхности конструкции. Затем по!:зе$ают в воздустую заглупен-ИУЛ КШ.£9РУ аКУСТ1П8С!С1 лзсткуя модель конструкции с геометрически подобию.« внешним обводаии. По поверхности модели перз-нордют точечный гюнопольный акустический источник и измеряют в дальней зоне модели распределение звукового дозления р'(Г'), определяя тет сшод функцию Грина второй краевой задачи. Знание распределения впбрециопиой скорости п звукового давления позволяет определить акустическое поле ¡инструкции в свободном пространстве в гулкости по следукззй формула:

Р(Г= ) -• ^Цу Ш рКп^, (5)

где р, Р плотность соответственно воды и воздуха, С

•ч' / '

и - старость звук! а воде и в Еспдуяе, Ш - масптаб моделирования при переходе к измерениям в воздухе, С)' - производительность монопольного источника.

Для реализации предложенного способа были разработаны соответствующие методики и техника измерений.

В п. 1. 4 кратко изло;пепи ссгювш:э результаты главы.

Во второй главе приведены результаты экспериментальных исследований виброакустических характеристик различных типов механических конструкций по разработанным методикам и проведено сопоставление с расчетами.

В п. 2.1 приведены результаты сксперш.'энтальных исследований вибрационных характеристик щ'лшитрнчзсют: оболочек.

В п. 2.1.1 выяснено влияние легальной шюрцкошгай погрузки на вибрации цилиндрической оболочки в воздухе.

1Ь!савано и экспериментально подтверждено. что закрепление па поверхности цилиндрической оболочго! инерционной неоднородности приводит к ушренига пространственного спектра вибраций и смещению собственных частот колебаний. Получены простые анали-тпчесгсне вырзтэиил для определения относительного сдвига собственных частот, позволяющие проводить расчеты с погрешностью ^ 5% при с( < (¡2 ( где гД -- т0/М. т- масса неоднородности, М - мгсса оболочки).

Дальнейшее увеличение массы неоднородности в точке прило-

Кения силы приводит к последовательному "исчезновению" реао■ нансов в системе, начиная с высокочастотных. {.¡эханизн явлен:-;?, заключается в следующем: в резонансе конструкции происходит компенсация упругой и инерционной составляющей мнимой части механического импеданса, внесение дополнительной массы нарушает этот баланс. Условие "исчезновения" резонанса ГПЛ -ой формы колебаний при закреплении на поверхности системы массы т*:

и) trig = - J™ 2 МП

Частота тп -го резонанса при наличии неоднородности близка к антирезонансной частоте однородной системы. Приведен алгоритм экспериментального определения величины т* для произвольной механической системы. Для этого требуется измерить входной импеданс системы, а затем, используя соотношение (б), рассчитать требуемую величину .

Приведены результаты экспериментов со стальной цилиндрической оболочкой, подтвердившие вышеи8логазнное.

В п. 2.1. 2 проведено сопоставление эксперимента и теоретического расчета колебаний цилиндрической оболочки в жидкости (в гидроакустическом бассейне).

Для измерения распределения вибраций использовался бесконтактный ультразвуковой вибромэтр, сканирующий вдоль поверхности оболочки,что позволило исключить влияние вибродатчиков на колебания исследуемой поверхности. Цель измерений заключалась в отработке методики расчетов с помощью прикладного пакета программ, разработанного в ИПМиЫ при РГУ. Сравнение результатов эксперимента и расчетов показывает хорошее совпадение форм колебаний (рис.1), что свидетельствует о верности выбора математической модели, описывающей колебания системы.

В п. 2. 2 приведены результаты экспериментальных исследований излучающей способности цилиндрических оболочек в жидкости.

В п. 2.2.1 проведено сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследований излучакызэй способности конечной цилиндрической оболочки в жидкости. Использовалась оболочка и ее математическая модель аналогичные п. 2.1.2. На рис. 2 приведены экспериментальные и расчетные значения коэффициента передачи Наличие существенных различий на от-

дельных частотах связано с влияний?! неучтенных в »атеьжг.шме-¡сой гудели система конетругаивник изоднороднсстей, оказгааггзвс больше азавяе из Егсустлческко язркяеряптчхп чей па етгОпсцл-огашэ. Это под'^г&р^ает и анализ влияния па излучение небольшого впбродатчика порядка 1% от наосы оболочки (пушочфная 1фявгн на рпс. 2).

В п. 3.2.2 исследована свяоь акустических и вибрационных полей цгисидрической оболочки з пшюсти. Исследования проводились с использованием кхшбшшровшшого ::оделироЕашш. Показано что акустическое поле оболоща формуется пространствза-гаргошпсшл с налкш ксшра?<и. Амплитуды

2нОргщ5п1 втпх гп5з;.*опп;; составляют едшпщч процента от акшетуд рззоканоыг; гарноштк, а сопротивление излучения ншлюго вьсз. Поэтому, делается вызод, для обеспечения количествакньн" р?оче-тсв излутап'л гг-сЗгоцтго проводить определен:» гшшпггуды вкб-ргщкЗ с погрешностью не менее 1%, что нагадывает .-«зсисге требования на точность задания пзрзлэтроз, вкодяпцвс в катетти-^•эскуа шде.:.г> систем.

В п. 2.2.3 приЕодзны экспериментально отмеренные угловые завпс;гг.:ос1'и ког<£фннпе!гга передача з £з:п.:уталыгой плоскости цп-Л55ндричесмой оболочки. Угловые зависимости II тот простой вид ( не сложнее квадрупольной зависимости) что подтверждает вывод о механизме (¿армирования акустического излучения прост-ранствопкглг! гаршншсуя с гзт-утазып-вт ношрамя, сдо-

лашшй на основе результатов кспытаннй по ш^йкшфованиой мо-тодшю ( п. 2.2.2).

3 п. 2.2. -1 пссдгэдозако влпяа^э ребер геспюстл па излучап-шуто способность цаяиндричестой оболочки з "щкости. Эксперп-¡.:енты показали реет излучакщэй способности оболочки с реберами по сравнению с однородной оболош-гоЛ. Накбодзе сильно возрастает излучение в диапазоне частот кэздуреберных резонансов ив-гпбных колебаний.

В п. 2.2. 5 исследовано влшпка сосредоточенных и распределенных масс на излучающую способность оболочек вращения в шщ-ксстп. Вксгсериызнты, проЕедеинкз с использованием взаимной нз-тодккп, показали что распределенная насса приводит к больпэму излучению по сравнению о такой г:;э по величине, но сосредото-

ченной, на частотах при которых длина изгибной волны в оболочке сравнима или меньше размера распределенной массы.

В п. 2.3 приведены результаты вибрационных испытаний фундаментной конструкции на ТЭИ ГАЗ .

Обнаружен эффект генерации субгармоник основной частоты при возбуждении конструкции маломощным вибратором вблизи трещин. Это позволило использовать эффект в качестве диагностического признака наличия трешины в теле фундамента и применить в качестве возбудителя вибраций установленный на фундаменте турбоагрегат, обладающий полигармоническим спектром.

В п. 2. 4 предложи алгоритм определения параметров .мембран-полос и пластин-полос (таких как тип краевых условии, геометрические размеры и материал системы) по спектрам собственного акустического излучения. Алгоритм основан на использовании математической модели системы и экспериментально определенных собственных частот и пространственных углов максимального излучения. С помощью предложенного алгоритма было проведено определение длины пластины с погрешностью порядка 1X по результатам измерения пространственной структуры поля излучения.

В п. 2. 5 кратко изложены основные результаты глаЕы.

В третьей главе рассмотрена постановка задачи о колебаниях и излучении механической системы в окружающую среду с целью выяснения причин расхождения расчета и эксперимента. Приведен обзор литературы по исследуемому вопросу. Рассмотрен энергетический метод решения задачи . Предложены простые инженерные оценки предельно возможней излученной акустической мощности резонансной компоненты вибраций механической системы. Оценки основаны на результатах экспериментальных исследований акустического излучения распределенных систем, описанных во второй главе диссертации. Предельный уровень излучения достигается в случае равенства механических потерь в системе и потерь на излучение. Определены границы применимости сценок и проведено сопоставление с экспериментальными данными для цилиндрической оболочки в жидкости.

В п. 3.1 дан обзор и обобщены методики расчета виброакустических полей распределенных механических систем. Основная

ческих оболочек в жидкости и получено удовлетворительное соответствие в области частот высэ низших резопансов оболочек.

Выражение для резонансной комгоненты акустической мощности ( Wp ) имеет следующий вид:

ш i. (fig + Rh)F02

WP ~ 2 (fia+ Rh+Í^)2 ' <7>

где R a i Rб акустические и диссипатианыз потери з конструкции, R¡, - сопротивление акустичесшсс потерь, обусловленное наличием неодпородностей, что приводит к росту обцзго сопротивления излучения и облигацию его с сопротивлением потерь Ra. Максимум излучения, достигаемый при равенстве сопротивлений излучения и потерь, определяется выражением:

С 2

W = —

WP8Rá (3)

Формула (8) слуигг предельной оценкой излучаемой акустической мощности. Предельное значение определяется лишь знешюп силой F0 и диссипативпыми потерями в конструкции и не валцент от других конструктивных параметров.

На рис. 3 приведена экспериментально измеренная зависимость коэффициента передаче! }¿t( ]!п~рГ;1а* / Р0 , где р0 :f К F/4~f-амплитуда давления дипольного излучения, золнонсе число

в среде, Г - расстояние от точки пршшзгния силы Гэ до точки наблюдения, pmat¡ - максимальное значение излучения) для цилиндрической оболочки с кольцевыми подкреплекняш!, расположенной в йидкости. Па том та рисунке штриховой линией приведена оценка машинального излучения , полученная из вырагзкия (8) путем нормировки на мощность диполя 1У„ИП -- Ii1 24:грС Wpmax в Заре *

Wgun. Í?S í<2 ' (9)

Потери R5 определялись экспериментально с помощью измерения импеданса оболочки в воздухе. Превышение отдельных экспериментальных пиков над оценочной кривой обусловлено тем, что (9) дает среднее (по всем углам) значение, а в эксперименте определялось максимальное (по всем углам) значение Д,. Н2гоз приведена максимальная оценка с учетом возмо;шого усиления из-за диаграммы направленности:

сложность, особенно в расчетах акустических характеристик, заключается в обеспечении высокой надежности задания параметров рассчитываемой механической системы ( таких как тип краевых условий и диссипативные потери), которые невозможно зачастую определить не изготовив систему и не проведя на ней измерения требуемых данных для выполнения расчетов.

В п. 3.2 предложены простые инженерные оценю! предельно возможной излученной акустической мощности резонансной компоненты вибраций механической системы.

Использование точны;-: методов определения акустического излучения распределенных систем для количественных расчетов, предполагает задание значительного объема исходной информации о системе. Чем сложнее излучающая система (например, пластинка, излучающая з жидкости под действием сосредоточенной силы, несущая на поверхности сосредоточенные и распределенные массы) , тем требуется большее число исходных данных, фи этом исключается возможность проведения простых инженерных расчетов без привлечения вычислительной техники и сложного программного обеспечения. Предлагается метод оценки предельного уровня акустической мощности создаваемой резонансной компонентой произвольной распределенной механической системой. Мэтод основан на предположении об оптимальном согласовании механических потерь з системе и потерь на излучение ( это возможно при их равенстве) , что позволяет проводить определение предельного уровня излучения Есего по нескольким параметрам - величине действующей силы и реальной части механического импеданса системы в точке возбуждения. Оценки получены на основе обобщений экспериментальных данных акустического излучения цилиндрических оболочек в жидкости, приведенных во 2-й главе диссертации, и некоторых приближений (пренебрежение взаимодействием форм колебаний через среду, определение средней по всем пространственным углам мощности только резонансной компоненты вибраций распределенной системы) в задаче о колебаниях и излучении механических систем в окружающую среду (без конкретизации вида излучающей системы). Поэтому оценки дают предельный уровень излучения. Проведено сопоставление предложенных оценок с экспериментальными данными для акустического излучения шшшдри-

1огд(ууртвя/и?и11.) + м-5 дб , с10)

где М У 10 Ц 4л[Ц®2(9,У)'с/ЯУ'- коэф&щьент усиления направленного излучения ( принятое в антеннной технике обозначение). Для ненаправленного излучения 'О (б,'Л = 1 и 1% У = 0 ■ 3 случае направленного излучения к'У > 0 и оценка Яп становится визе на !< У .

©злее точная оценка получается , если в (7) подставить реальное значение сопротивления излучения.

В п. 3. 3 кратко изложены основные результаты главы.

В Заключении приведены основные результаты диссертации.

1. Разработаны и впервые в стране использованы экспериментальные методшси и техника для проведения исследований зву-ютизлученил на физических {.юдолях распределенных систем. Г'это-дика акустических испытаний основана на использовании принципа взаимности, на контактных и бесконтактных способах измерения вибраций поверхностей исследуемых объектов.

2. Разработан метод комбинированного моделирования для определения параметров звукоизлучения распределенных систем. Метод позволяет определять акустические характеристики объекта исследований в гядкости в условиях свободного пространства не используя непосредственных акустических измерений, а ограничиваясь лишь измерениями распределения вибрационной скорости колебаний поверхности объекта в условиях ограниченного объема яидкости. Для определения акустического поля используется метод функций Грина с описанием алгоритма экспериментального определения значений функции Грина в воздухе (в заглушённой камере) для системы произвольной конфигурации. Разработаны экспериментальные установки для реализации предложенного метода и проведены исследования по выяснению механизмов формирования акустического излучения распределенных систем в жидкости.

3.Экспериментально исследован (с использованием методики основанной на применении принципа взаимности и комбинированного моделирования) механизм формирования акустического излучения цилиндрических оболочек в яидкости. Показано что акустическое поле неоднородной цилиндрической оболочки в жидкости в

области частот низших резонансов оболочки Формируется пространственные гармониками с малыми азимутальными номерами ( нат чиная с п = 1, балочными формами колебаний).

Экспериментально показано что введение в оболочку ребер жесткости приводит к увеличению акустического излучения.

4. Экспериментально исследовано влияние локальной инерционной неоднородности, расположенной в точке пршшгэния возбуждающей силы, на вибрационные и акустические характеристики цилиндрических оболочек. Показано и экспериментально подтверзде-но.что масса, расположенная в точ?се приложения силы, приводит к подавлению рэвонансов конструкции. Влияние массы на акустические характеристики неоднозначно - 1_алап сосредоточенная инерционная неоднородность может приводить к увеличению излучения за счет ушрения пространственного спектра вибраций, большая масса ( сравнимая по величине с массой оболочки) приводит к снижению излучения.

5. Предложен и экспериментально опробован алгоритм определения величины "критической" массы инерционной неоднородности, размещаемой в точке приложения силы. начиная с которой в системе "исчезают" все ревонансы, кроме одного (низкочастотного).

6. Получены, на основе проведенный экспериментов, оценки предельно возможной акустической мощности, излученной резонансной компонентой вибраций распределенной механической системы. Определены границы применимости оценок и проведено сопоставление с экспериментальными данными для цилиндрической оболочга в шдкости.

7. Предложен алгоритм определения параметров механических систем типа мембрана-полоса и пластина-полоса (таких как тип краевых условий, геометрические размеры и материал системы) по спектрам собственного акустического излучения.

8. Экспериментально обнаружен эффект генерации субгаршнкк основной частоты возбуждения вблизи трещин при вибрационных испытаниях фундаментной конструкции. Эго позволило использовать эффект в качестве диагностического признака наличия трещины в теле фундамента и применить в качестве возбудителя вибраций установленный на фундаменте турбоагрегат, обладающий полигармоническим спектром.

Г 17 -

Публшсации по теме диссертащт.

1. Дудки;; Р. А. , Екимов А. Э. О неконтактном измерении параметров вибрирующих мембран и пластин // Радиофизика, 1983. Т. 24. N. 1.С. 110-113.

2. Дудник Р. А., Еккмов А. Э., йшкеедь Э. Л. О моделировании акустического излучения неоднородных механических конструк-ций//Тез. до1«л. н. тех. конф. "Строительный ксшлекс". - Горький, 1987. -С. 237-239.

3. Донской Д. 11, Екимов А. Э., Казаков В. 3. ¡Исследование колебаний неоднородных механически конструкций// Tee. докл. Z Есес. конф. по механике неоднородных структур. - Львов,1S87. т. 2,0.110.

4. А. С. 1 379 643 COOP, К кл." в 01 Н 3/00 Способ определения диаграммы направленности излучающих объектов в гидроакустическом бассейне/ Донской Д. И., Екимов А. Э., Лебедев A. R //Б. It -1938. -N 9. С. 179.

5. Донской Д. VL , Екимов А. 3., Лебедев Л. R О влиянии инерционной неоднородности на 8вуксизяученпе тяпэлых пластин// Акуст. лурн. 1988. Т. 34. N 4. С. 628 - 632. .

6. Екимов А. Э., Лебедев A. R О гсэлебаниях слонных механических систем с сосредоточенными неоднородностями// Акуст. дури. 1988. Т. 34. N. 5. С. 841-844.

7. Екимов А. Э., Ционский А. Я. и др. Вибрационные характеристики конечной цилиндрической оболочки с неоднородностями в ЯИДК0СТИ//11,1989.-Деп.в ВИНИТИ 28.01.89, N 13G8-B39.

8. Донской Д. Ы., Екимов А. Э., Лебедев A. R Экспериментадь-ное исследование излучающей способности оболочек вращения с ребрами гээсткости" // Акуст. тяурн. 1989. Т. 35. N. 4. С. 754-756.

9. Донской Д. М., Екимов А. Э., Лебедев А. В. Экспериментальные исследования виброакустических полей оболочек вращения// Тез. докл. Всес. конф. ВНИИНМ "Волновые и вибрационные процессы в машиностроении". - Горький, 1989. - Т. 1,0.88-89.

10. Донской Д. Е , Екимов А. Э. Энергетические оценки овуко-излучения механических констру!сций"//В сб.: Виброакустические поля слолных объектов и их диагностика. - Горький: ИПФ АН СССР, 1989. С. 34-44.

- 18 -

11. Донской Д. М.. Екимов А. Э., Лебедев А. В. и др. Методы моделирования при исследовании виброакустических характеристик сложных конструкций//В сб.: Виброакустические поля сложных объектов и их диагностика.- Горький: ИПФ АН СССР,1089. С.97 -117.

12. Донской Д. М., Екимов А. Э., Лебедев А. В. Механизм формирования звукового излучения упругими телами// Тез. докл. Всес. симп. "Взаимодействие акустических волн с упругими телами". -Таллинн,Т1Ш,1989. С. 82-86.

13. Екимов А. Э., Колодиева И. И., Коротин П. И. Исследование строительных конструкций с применением нелинейной 'диагнос-тики"//Тез. докл. 3 Всес. конф. "Вибрация ' и вибродиагностика. Проблемы стандартизации". - Е Новгород,1991. С. 53.

14. Ekimov А. е., Kolodieva I. I., Korotin P.I. Studies of the building construction by means of nonlinear diagnostics" // 2 International congress of recent developments in air-& structureborne sound and vibration.- Auburn,Alabama,USA,1992.

V. 2. P. 859 -862.

15.Екимов А.Э., Лебедев А.В., Ционский А.Я. и др. Сравнение результатов теоретического и экспериментального исследования излучающей способности конечной цилиндрической оболочки в жидкости//Акуст. журн.1992. Т. 38. N. 6. С. 1105 - 1108.

• РисЛ.Распределение колебаний поверхности оболочки в осе-.вом направлении: 1 - численный расчет, 2 - эксперимент.

40 п

РЭ

20-

С

о

о

о о

-1-Г-1-Г-

500

-I-1-1-1-г

1500

2000

—1-1-:-1-1-г

1000

Частота (Гц)

Рис. 2 Амплитудно-частотная зависимость коэффициента излучающей способности цилиндрической оболочки в жидкости. 1 -расчет, 2 — расчет с учетом неоднородности в виде датчика, регистрирующего вибрации, О — эксперимент.

Л.Аб

2 к 6 Ь кГц Рис. 3. Продольный разрез оболочки с подкреплением (а) и АЧХ коэффициента передачи (б); _- экспериментальные значения ,____- оценка предельных значений по измерении!

Й 5 б воздухе.