СПОСОБ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ И МОДЕЛЕЙ

Изобретение относится к испытательному оборудованию.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является способ виброакустических испытаний образцов и моделей по патенту РФ №2593269, в котором посредством по крайней мере трех виброизоляторов закрепляют переборку, представляющую собой одномассовую колебательную систему массой и жесткостью соответственно m₂ и c₂, при этом в качестве генератора гармонических колебаний используют эксцентриковый вибратор, который располагают на переборке (прототип).

Недостатком прототипа являются сравнительно невысокие возможности испытаний многомассовых систем и сравнительно невысокая точность для исследования систем, имеющих несколько упругих связей с корпусными деталями объекта.

Технически достижимый результат - расширение технологических возможностей испытаний объектов, имеющих несколько упругих связей с корпусными деталями объекта.

Это достигается тем, что в способе виброакустических испытаний образцов и моделей, заключающемся в том, что на основании посредством по крайней мере трех виброизоляторов закрепляют переборку, представляющую собой одномассовую колебательную систему массой и жесткостью соответственно m₂ и с₂, при этом в качестве генератора гармонических колебаний используют эксцентриковый вибратор, который располагают на переборке, на переборке устанавливают стойку для испытания собственных частот упругих элементов рессорных и тарельчатых виброизоляторов разной длины, геометрических параметров, а также разной величины масс, закрепленных на концах этих испытываемых элементов, при этом колебания массы, закрепленной на каждом упругом элементе, фиксируются индикатором перемещений, по показаниям которого определяется резонансная частота, соответствующая параметрам каждого упругого элемента, причем на основании и переборке закреплены датчики виброускорений, сигналы от которых поступают на усилитель, затем осциллограф, магнитограф и компьютер для обработки полученной информации, при этом для настройки работы стенда используется частотомер и фазометр, а для определения собственных частот каждой из исследуемых систем виброизоляции производят имитацию ударных импульсных нагрузок, при этом на каждую из систем записывают осциллограммы свободных колебаний, при расшифровке которых определяют собственные частоты систем виброизоляции и логарифмический декремент затухания колебаний по формуле:

где c₁ и m₁ - соответственно жесткость упругих элементов виброизоляторов и масса основания, c₂ и m₂ - соответственно жесткость и масса переборки, h₁ - абсолютная величина вязкого демпфирования в системе, которая связана с логарифмическим коэффициентом затухания δ₁ колебательной системы.

На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации способа, на фиг. 2 - математическая модель двухмассовой системы виброизоляции, на фиг. 3 - характеристики логарифмического декремента затухания свободных колебаний двухмассовой системы виброизоляции в зависимости от входного ударного импульса, на фиг. 4 - схема стенда для испытаний шумопоглощающих элементов, на фиг. 5 - схема шумопоглощающей облицовки; на фиг. 6 - характеристики звукопоглощающих облицовок: 1 - плита «Акмигран»; 2 - то же, с воздушным промежутком 200 мм; 3 - маты супертонкого базальтового волокна толщиной 50 мм; на фиг. 7 - общий вид стенда для виброакустических испытаний, на фиг. 8 - схема упругого элемента 23.

Устройство для реализации способа виброакустических испытаний образцов и моделей содержит основание (каркас) 11, на котором посредством по крайней мере трех виброизоляторов 2 закреплена переборка 1, представляющая собой одномассовую колебательную систему массой и жесткостью соответственно m₂ и c₂. В качестве генератора гармонических колебаний использован эксцентриковый вибратор 3, расположенный на переборке 1. На переборке 1 установлена стойка 6 для испытания собственных частот упругих элементов 7, 8, 9 рессорных и тарельчатых виброизоляторов разной длины, геометрических параметров, а также разной величины масс, закрепленных на концах этих испытываемых элементов. При этом колебания массы, закрепленной на каждом упругом элементе, фиксируется индикатором 10 перемещений, по показаниям которого определяется резонансная частота, соответствующая параметрам каждого упругого элемента 7, 8, 9.

Возможен вариант цифрового датчика перемещений с передачей данных на компьютер (на чертеже не показано).

На переборке 1 закреплен датчик виброускорений 4, а на основании 11 - датчик виброускорений 5, сигналы от которых поступают на усилитель 12, затем осциллограф 13, магнитограф 16 и компьютер 17 для обработки полученной информации. Для настройки работы стенда используется частотомер 14 и фазометр 15.

На каждом из исследуемых упругих элементов 7, 8, 9 рессорных и тарельчатых виброизоляторов разной длины, геометрических параметров, а также разной величины масс закреплены тензодатчики на концах этих испытываемых элементов (на фиг. 1 показан датчик 22 на упругом элементе 7). При этом колебания массы, закрепленной на каждом упругом элементе 7, 8, 9, фиксирутся как индикатором 10 перемещений, так и тензодатчиками. По показаниям индикатора 10 проводится экспресс-оценка характеристик, а при обработке сигналов с тензодатчиков, поступающих на усилитель 12, затем осциллограф 13, магнитограф 16 и компьютер 17 для обработки полученной информации, определяются резонансные частоты, соответствующие параметрам каждого из упругих элементов 7, 8, 9, и при обработке полученных амплитудно-частотных характеристик выявляют оптимальные характеристики: жесткость и коэффициент демпфирования каждого из упругих элементов 7, 8, 9.

Возможен вариант (фиг. 1), когда основание (каркас) 11, на котором посредством по крайней мере трех виброизоляторов 2 закреплена переборка 1, установлено на дополнительной переборке 24, выполненной в виде нижней вибродемпфирующей пластины, соединенной по крайней мере тремя упругими элементами 23 с каркасом 11.

Возможен вариант (фиг. 8), когда каждый из упругих элементов 23 выполнен в виде демпфирующего сетчатого пакета.

Демпфирующий сетчатый пакет содержит упругую втулку 25 с центральным отверстием 39, которая расположена в центральной части пакета и жестко связана с центральной пластиной 36, разделяющей демпфирующий сетчатый пакет на две идентичные части, расположенные оппозитно друг другу: соответственно верхний 31 и нижний 8 сетчатые упругие элементы.

На центральной пластине 36 закреплены опорные кольца 35 и 33, при этом верхний 31 сетчатый упругий элемент соединен с верхней крышкой 29 сетчатого пакета, а нижний 32 сетчатый упругий элемент соединен с нижней нажимной шайбой 37 пакета.

При этом в верхнем сетчатом упругом элементе 31, в его центре, осесимметрично упругой втулке 25 расположен верхний демпфер сухого трения, выполненный в виде верхней гильзы 28, жестко соединенной с крышкой 29, и нижней гильзы 27, жестко соединенной с центральной пластиной 36, при этом гильзы 27 и 28 соединены с натягом, образуя пару трения, а упругая втулка 25 размещена в них коаксиально и с зазором.

В нижнем сетчатом упругом элементе 32, в его центре, осесимметрично упругой втулке 25 расположен нижний демпфер сухого трения, выполненный в виде нижней гильзы 38, жестко соединенной с нижней нажимной шайбой 37, и верхней гильзы 34, жестко соединенной с центральной пластиной 36, при этом гильзы 34 и 38 соединены с натягом, образуя пару трения, а упругая втулка 25 размещена в них коаксиально и с зазором 26.

Плотность сетчатой структуры каждого упругого сетчатого элемента находится в оптимальном интервале величин: 1,2 г/см³…2,0 г/см³, причем материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 мм…0,15 мм.

Упругие сетчатые элементы 31 и 32 могут быть выполнены комбинированными из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном.

Демпфирующий сетчатый пакет работает следующим образом.

При колебаниях виброизолируемого объекта (на чертеже не показан) упругие сетчатые элементы 31 и 32 воспринимают как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на виброизолируемый объект, т.е. обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов.

Устройство для реализации способа виброакустических испытаний образцов и моделей работает следующим образом.

Сначала включают эксцентриковый вибратор 3, который установлен на переборке 1, которая расположена на виброизоляторах 2, и снимают амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) системы «переборка судна на его корпусе» с помощью датчиков виброускорений 4 и 5. Сигналы с датчиков виброускорений 4 и 5 поступают на усилитель 12, затем осциллограф 13, магнитограф 16 и компьютер 17 для обработки полученной информации. Для настройки работы стенда используется частотомер 14 и фазометр 15.

Для того чтобы определить собственные частоты каждой из исследуемых систем виброизоляции, производят имитацию ударных импульсных нагрузок на каждую из систем и записывают осциллограммы свободных колебаний (на чертеже не показано), при расшифровке которых судят о собственных частотах систем по формуле (см. фиг. 3 и формулу).

где c₁ и m₁ - соответственно жесткость упругих элементов виброизоляторов и масса основания, c₂ и m₂ - соответственно жесткость и масса переборки, h₁ - абсолютная величина вязкого демпфирования в системе, которая связана с логарифмическим коэффициентом затухания δ₁ колебательной системы.

На фиг. 4 представлена схема стенда для испытаний шумопоглощающих элементов; 18 - исследуемый объект; 19 - точка измерения; 20 - подвесной пол; 21 - звукопоглощающее клиновидное покрытие.

На фиг. 5 представлена схема шумопоглощающей облицовки типа плита «Акмигран с воздушным промежутком 200 мм. На фиг. 6 изображены характеристики звукопоглощающих облицовок: кривая 1 - плита «Акмигран»; кривая 2 - то же, с воздушным промежутком 200 мм; кривая 3 - маты супертонкого базальтового волокна толщиной 50 мм; на фиг. 7 - общий вид стенда для виброакустических испытаний.

Уровень звуковой мощности L_p определяют по результатам измерений среднего уровня звукового давления L_cp на измерительной поверхности S, м², за которую обычно принимают площадь полусферы (фиг. 4), т.е.:

где S=2πr²;

r - расстояние от центра источника до точек измерений;

S₀=1 м².

Таким же образом определяется корректированный уровень звуковой мощности L_pA:

где L_Acp - средний уровень звука на измерительной поверхности.

Величины снижения уровней звукового давления могут быть определены только в зоне отраженного звукового поля (когда r_min≥r_пр)

где В - постоянная каюты судна до его акустической обработки, м²;

В₁ - постоянная помещения после его акустической обработки, м², которая определяется по формуле:

где А₁=α(S_общ-S_обл) - эквивалентная площадь звукопоглощения поверхностями, не занятыми звукопоглощающей облицовкой; α=B/(B+S_общ) - средний коэффициент звукопоглощения в помещении до его акустической обработки; α₁ - средний коэффициент звукопоглощения акустически обработанного помещения, определяемый соотношением

ΔА - величина суммарного добавочного поглощения, вносимого конструкцией звукопоглощающей облицовки или штучными звукопоглотителями, определяемого по формуле

где α_обл - реверберационный коэффициент звукопоглощения конструкции облицовки;

S_обл - площадь этой конструкции, м²;

А_шт - эквивалентная площадь звукопоглощения одного штучного поглотителя, м²;

n - количество штучных звукопоглотителей в помещении.

Величина снижения уровня звукового давления ΔL зависит от соотношения между прямым звуком, приходящим непосредственно от источника шума, и звуком отраженным и рассчитывается по формуле:

где L - уровень звукового давления в расчетной точке до акустической обработки помещения, дБ; L_обл - уровень звукового давления в расчетной точке после акустической обработки помещения, дБ.

Способ виброакустических испытаний образцов и моделей осуществляют следующим образом.

На основании посредством по крайней мере трех виброизоляторов закрепляют переборку, представляющую собой одномассовую колебательную систему массой и жесткостью соответственно m₂ и c₂, при этом в качестве генератора гармонических колебаний используют эксцентриковый вибратор, который располагают на переборке, на переборке устанавливают стойку для испытания собственных частот упругих элементов рессорных и тарельчатых виброизоляторов разной длины, геометрических параметров, а также разной величины масс, закрепленных на концах этих испытываемых элементов, при этом колебания массы, закрепленной на каждом упругом элементе, фиксируются индикатором перемещений, по показаниям которого определяется резонансная частота, соответствующая параметрам каждого упругого элемента, причем на основании и переборке закреплены датчики виброускорений, сигналы от которых поступают на усилитель, затем осциллограф, магнитограф и компьютер для обработки полученной информации, при этом для настройки работы стенда используется частотомер и фазометр, а для определения собственных частот каждой из исследуемых систем виброизоляции производят имитацию ударных импульсных нагрузок, при этом на каждую из систем записывают осциллограммы свободных колебаний, при расшифровке которых определяют собственные частоты систем виброизоляции и логарифмический декремент затухания колебаний по формуле:

где c₁ и m₁ - соответственно жесткость упругих элементов виброизоляторов и масса основания, c₂ и m₂ - соответственно жесткость и масса переборки, h₁ - абсолютная величина вязкого демпфирования в системе, которая связана с логарифмическим коэффициентом затухания δ₁ колебательной системы, при этом уровень звуковой мощности L_p определяют по результатам измерений среднего уровня звукового давления L_cp на измерительной поверхности S, м², за которую принята площадь полусферы: , где S=2πr²; r - расстояние от центра источника до точек измерений; S₀=1 м², а корректированный уровень звуковой мощности L_pA: , где L_Acp - средний уровень звука на измерительной поверхности, а величину снижения уровня звукового давления ΔL в отраженном звуковом поле образца рассчитывают по формуле:

где L - уровень звукового давления в расчетной точке до акустической обработки помещения, дБ;

L_обл - уровень звукового давления в расчетной точке после акустической обработки помещения, дБ,

где В - постоянная каюты судна до его акустической обработки, м²;

В₁ - постоянная помещения после его акустической обработки, м, которая определяется по формуле:

где А₁=α(S_общ-S_обл) - эквивалентная площадь звукопоглощения поверхностями, не занятыми звукопоглощающей облицовкой; α=B/(B+S_общ) - средний коэффициент звукопоглощения в помещении до его акустической обработки; α₁ - средний коэффициент звукопоглощения акустически обработанного помещения, определяемый соотношением

ΔА - величина суммарного добавочного поглощения, вносимого конструкцией звукопоглощающей облицовки или штучными звукопоглотителями, определяемого по формуле

,

где α_обл - реверберационный коэффициент звукопоглощения конструкции облицовки;

S_обл - площадь этой конструкции, м²; А_шт - эквивалентная площадь звукопоглощения одного штучного поглотителя, м²; n - количество штучных звукопоглотителей в помещении, причем на каждом из исследуемых упругих элементах разной длины, геометрических параметров, а также разной величины масс закреплены тензодатчики на концах этих испытываемых элементов, при этом колебания массы, закрепленной на каждом упругом элементе, фиксируется как индикатором перемещений, так и тензодатчиками, причем по показаниям индикатора проводится экспресс-оценка характеристик, а при обработке сигналов с тензодатчиков, поступающих на усилитель, затем осциллограф, магнитограф и компьютер для обработки полученной информации, определяются амплитудно-частотные характеристики и выявляются оптимальные характеристики: жесткость и коэффициент демпфирования каждого из упругих элементов, а каркас, на котором посредством по крайней мере трех виброизоляторов закреплена переборка, устанавливают на дополнительной переборке, выполненной в виде нижней вибродемпфирующей пластины, соединенной по крайней мере тремя упругими элементами с каркасом, а каждый из упругих элементов выполняют в виде демпфирующего сетчатого пакета, содержащего упругую втулку с центральным отверстием, которую располагают в центральной части пакета и жестко связывают с центральной пластиной, разделяющей демпфирующий сетчатый пакет на две идентичные части, расположенные оппозитно друг другу.