Вибропоглощающая конструкция

 

ВИБРОПОГЛОЩАЮЩАЯ КОрСТРУКЦИЯ , содержащая металлическое основание в виде стержня или полосы пря моугольного сечения и нанесенное на одну из его поверхностей полимерное вибропоглощающее покрытие постоянной толщины, превышб ощей толщину ocHoiaaния , отличающаяся тем, что, с целью увеличения пространственного затухания вибрации в основании на низких и средних частотах, покрытие разделено на участки одинаКОБОЙ протяженности, часть из которых однородны и жестко скреплены с основанием, а в чередующихся с ними выполнены параллельные основанию прорези, высотакаждой из которых выбрана равной

(19) ((1) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

О . А (Я)4 F 16 F 13 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3704163/25-28 (22) 27.02.84 (46) 15.08.85. Бюл. Ф 30 (72) В.Б. Степанов, Б.Д. Тартаковский и Н.IO. Федина (71) Акустический институт им. акад.

Н. Н.. Андреева (53) 621-567. 1(088.8) (56) 1. Акустический журнал. Т. 24, 1978, Р 4, с. 615"616.

2. Акустический журнал. Т. 28, 1982, У 6, с. 737-742 (прототип). (54)(57) ВИВРОПОГЛОЦАНМЦАЯ КОрСТРуКЦИЯ,- содержащая металлическое осно.вание в виде стержня или полосы пря моугольного сечения и нанесенное на одну из его поверхностей полимерное вибропоглощающее покрытие постоянной толщины, превышающей толщину основа ния, отличающаяся тем, что, с целью увеличения пространственного затухания вибрации в осноаании на низких и средних частотах, покрытие разделено на участки одина ковой протяженности, часть из которых однородны и жестко скреплены с основанием, а в чередующихся с ними выполнены параллельные основанию прорези, высота-каждой из которых выбрана равной (2,5...3,2) 10 2, где 3 — протяженность участка, м.

1173092

Указанная цель достигается тем, что в вибропоглощающей конструкции, содержащей металлическое основание в виде стержня или полосы прямоугаль55

Изобретение относится к машиностроению, в частности к технике борьбы с вибрацией инженерных конструкций.

Известна вибропоглощающая конст- 5 рукция, представляющая собой стальную полосу с нанесенным на нее жестким полимерным вибропоглощающим покрытием толщиной, в 2,5 раза превышающей толщину полосы, армированным 10 тонкой стальной полосой. При этом армирующая полоса расчленена на одинаковые участки оптимальной протяженности. Данная конструкция в области низких и средних частот обладает достаточным коэффициентом потерь вследствие появления сдвиговых деформаций в покрытии (1f.

Недостатком такой конструкции является ограниченное пространственное .20 затухание распространяющейся в ней . изгибной волны в, областях низких и средних частот.

Наиболее близкой по технической сущности к. изобретению является виб- 25 ропоглощающая конструкция, содержащая .металлическое основание в виде стержня или полосы прямоугольного сечения и нанесенное на одну иэ его поверхностей полимерное вибропогло- З0 .щающее покрытие постоянной толщины, в 2...3 раза превышающей толщину основания (2) .

Недостатком такой конструкции является уменьшение пространственного 35 затухания изгибной волны в области низких и средних частот (ниже частоты основного резонанса сдвиговых волн по толщине. слоя покрытия)..

Ограниченная эффективностьрассмот- 40 ренных вибропоглощающих конструкций обусловлена тем, что затухание изгибной волны в конатрукции всецело определяется величиной энергии вибраций, поглощаемой в покрытии, а также тем, что поглощение этой энергии покрытием в области низких и средних частот ограничено вследствие квазистатического характера деформации покрытия. .50

Цель изобретения — увеличение

ПространственногО затухаиия вибрации в основании на низких и средних частотах. ного сечения и нанесенное на одну иэ. его поверхностей полимерное вибропоглощающее покрытие постоянной толщины, превышающей толщину основания, покрытие разделено на участки одинаковой протяженности, часть,из которых однородны и жестко скреплены с основанием, а в чередующихся с ними выполнены параллельные основанию прорези, высота каждой из которых выбрана равной (2,5...3,2) ° 10 D, где О. — протяженность участка, и.

На фиг. 1 изображена вибропоглощающая конструкция; на фиг,2 — прост ранственное распределение уровня амплитуды иэгибной волны на частоте основного максимума затухания (500 Гц) вдоль металлической полосы, являющейся основанием вибропоглощающей конструкции, источник вибрации. расположен в точке Х = 0; на фиг.3— частотная характеристика величины погонного затухания уровня амплитуды изгибной волны в конструкции; на фиг.4 — влияние числа слоев п расчле ненной части покрытия на величину погонного затухания уровня амплитуды изгибной волны в конструкции; на фиг.5 — частотные характеристики величины погонного затухания уровня амплитуды изгибной волны в конструкции в случаях, когда слои в расчлененной части покрытия отличаются друг от друга по толщине или же каждая из зон — по протяженности; на фиг.б — влияние величины зазора Ь отделяющего слои покрытия друг от друга и от основания, на эффективность вибропоглощающей конструкции.

Вибропоглощающая конструкция сос1 ,тоит иэ металлического основания 1 и нанесенного на одну из его поверхностей непрерывно протяженного полимерного вибропоглощающего покрытия

2, выполненного в виде эон 2а протяженностью D где покрытие однородно и прочно скреплено (склеено) с основанием, чередующихся с зонами 26 такой же протяженности, где покрытие разделено на п = 3...5 слоев одинаковой толщины, не скрегленных между собой и с основанием, Конструкция работает следующим образом.

Изгибная волна частоты f, распространяясь по металлическому основанию 1, вызывает соответствующие деформации покрытия 2, вследствие

11730

Сложение волн при X = D, приводящее к их взаимному ослаблению, происходит в диапазоне 3/4ti q+5/4 Т .

5 Это условие определяет ширину основного максимума затухания (область частот положительного эффекта предлагаемой конструкции по сравнению с прототипом).

При покрытии, неразделенном на слои (n = 1), фазовая: скорость изгибной волны в нем близка к скорости в основании, вследствие чего расстояние D, требуемое для противофазного сложения волн, станет намного больше длины волны. Это приводит к существечному ослаблению деформаций покрытия, отделенного от основания, в области низких частот и пропорциональ.

0 ному уменьшению величины погонного затухания. Для сокращения расстояния D требуется уменьшить фазовую скорость

С иэгибной волны в покрытии, что достигается разделением покрытия на одинаковые слои, параллельные основанию и не скрепленные между собой.

Однако большое количество слоев (n ) 5...6) также нежелательно, поскольку изгибная жесткость суммы разобщенных между собой слоев покрытия становится существенно меньше изгибной жесткости сплошного слоя.

В этом случае поглощение энергии вибрации в области низких частот будеФ невелико. Как показал экспери мент, оптимальное число слоев составляет 3...5 °

Отдельные слои покрытия толщиной

11 /n и протяженностью D представляют собой стержни (полоски) с высокими внутренними потерями, зажатые по краям. Изгибные резонансы таких стержней, возникающие при изменении фазы на их длине, равной (,„ = 4,73;

7,85; 10,99 и ш 3 (при ш 4), сопро вождаются существенным поглощением энергии колебаний, приводящим к воэ25 чего энергия волнового процесса распределяется между основанием и покрытием. Двигаясь вцоль эоны 2а, где покрытие однородно и прочно скреплено с основанием„ изгибная волна в основании и в покрытии распространяется с одинаковой фазовой скоростью, а деформации основания и покрытия происходят синфазно. Этот участок конструкции работает так же, 10 как и прототипф,обладая одикаковиии

C нимпотерями внутреннейэнергии .

При прохождении волной зоны конструкции 26, где покрытие не скрепле-но с,.основанием, волновой процесс вследствие разобщенности основания и покрытия разделяется на изгибную волну, распространяющуюся вдоль основания, и волну, распространяющуюся вдоль покрытия. Иэ-за различия изгибных жесткостей основания и покрытия эти волны распространяются с различными скоростями 2

С1 2ЧТ И

1 12р1

2 gp>y2 ц с Б7 — -.%Г *-.; (»

Ф4(Ь2 ЬМ „4 Е,h, где К1(н/м ) и ) (кг/м ); E и

1модули 10нга и плотности основания и покрытия;

Н1(м) и h (м) — толщина основания и покрытия; п — число слоев в расчлененной части 35 покрытия; (м1 — высота прорези;

f 1Гц — частота вибрации.

Высота прорези мала по сравнению с толщиной каждого из слоев 40 покрытия (nh/h cc I), поэтому величину можно не учитывать при расчете фаэовой скорости распространения иэгибных волн в слоях покрытия. Раз личие скоростей приводит к появлению 45 разности фаз волн, распространяющихся по покрытию и основанию, составляющей

Cf 2af (— - — ) К, 1 1 (>) S0 с с, где Х вЂ” пробег волн вдоль эоны конструкции (покрытие отделено от основания) °

При противофаэном сложении волн

{ =.Я ) в конце этой зоны происходи1 уменьшение амплитуды изгибной волны, распространяющейся вдоль конструкции, 92 4

В результате появится основной максимум погонного затухания вибрации, распространяющейся вдоль конструкции.

Расстояние D, необходимое для противофазного сложения волн на требуемой частоте f с учетом соотношений (1) и (2) составляет

2*

2 р (Ф ОД о q (2р, 2 1 2

1173092 (3) г

Ч Eg hg с г 12 йъ

Совместное действие указанных механизмов интерференции волн (противофазное сложение волн и резонансных колебаний слоев) дает увеличение средней величины пространственного затухания вибрации вдоль конструкции в широком диапазоне частот.

Частотная характеристика эффективности конструкции станет более равномерной в случаях, когда зоны, где покрытие не соединено с основанием, различны по протяженности или же слои, составляющие покрытие, сделаны различной толщины. Однако величина пространственного затухания при этом существенно уменьшается пО сравнению с максимальной из-за разобщенного действия каждого из слоев по частоте и будет незначительно превьппать затухание в конструкции с однородным покрытием того же веса (принятой за прототип).

Прорези, отделяющие слои покрытия друг от друга и от основания, необ35 ходимы для обеспечения размаха резонансных изгибных колебаний слоев покрытия, возбуждающихся при прохождении изгибной волны по основа40 нию. При этом экспериментальные испытания вибропоглощающих конструкций с различной толщиной металлического основания показали, что на частотах, где возбуждаются изгибные

45 резонансы слоев покрытия, отношение амплитуды колебания основания к толщине основания а,/h1 не превышает

4 г Р, величины 2 10 /К h где,=,1<, г 50 волновое число изгибной волны в основании. С учетом величины резонансной амплитуды слоев, составляющей

55 растанию величины пространственного затухания вибрации вдоль стержня.

Это приводит к образованию дополнительных резонансных максимумов прост5 ранственного затухания, расположенных на частотах где g — коэффициент потерь материала ,покрытия, а также выражения (3) для частоты f основного резонанса слоев покрытия, нри которой амплитуда колебания слоев наибольшая, получается

2 76 10 D

Л

4F р, Подстановка в это выражение параметров различных полимерных вибропоглощающих покрытий в комбйнации с ,параметрами металлов, используемых в качестве основания, с учетом экспериментального разброса этих параметров, дает и = (2,5. ° .3,2). 10 " D.

На фиг. 2 кривая 1 показывает распределение уровня амплитуды изгиб ной волны на частоте f = 500 Гц вдоль .вибропоглощающей конструкции, включающей металлическую полосу с высокоэффективным однородным вибропоглощающим покрытием, применяемым в настоящее время. При этом погонное затухание амплитуды составляет N <

= 6 5 дБ/м. Кривая 2 представляет распределение уровня амплитуды изгиб ной волны в предлагаемой вибропоглощающей конструкции, включающей основание и покрытие той же толщины (ве- са), настроенной на частоту основного максимума затухания Е = 500 Гц. Погонное затухание уровня амплитуды в этом случае составляет М, =021,5 дБ/м.

На фиг, 3 кривая 1 является частотной характеристикой погонного затухания уровня амплитуды изгибной волны в вибропоглощающей конструкции включающей металлическую полосу с высокоэффективным однородным покрытием, применяемым в настоящее время.

Кривая 2 показывает затухание уровня в предлагаемой вибропоглощающей конструкции того же веса, настроенной на частоту основного максимума затухания вибрации, составляющей f — 500 Гц. Максимумы затухания на част тотах 730 Гц, 2,5 и 4,5 кГц являются дополнительными (обусловленными резонансными колебаниями слоев покрытия). Кривая 3 показывает ход частотной характеристики погонного зату. хания уровня в сл> чае, когда кон1173092

02 04 струкция настроена на частоту основного максимума, составляющего

1,5 кГц.

Применение вибропоглощающей конструкции дает увеличение погонного 5 затухания вибрации в окрестности частот основного и дополнительных максимумов затухания в среднем на 8-10дБ/м по сравнению с базовым объектом, представляющим собой вибропоглощающую конструкцию, включающую однородное покрытие того же веса, На фиг. 4 кривая 1 представляет частотную характеристику погонного затухания уровня амплитуды изгибной 13 волны в .конструкции при числе слоец и = 4 в расчлененной части покрытия; кривая 2 — при n = 2; кривая 3 — при

n - =8. Уменьшение или увеличение числа слоев по сравнению с оптималь. 20 ным (n = 3. ° .5) приводит к падению эффективности покрытия в области низ ких частот.

На фиг. 5 кривая 1 соответствует предлагаемой конструкции, настроен-, 25 ной на частоту основного максимума затухания f = 500 Гц; кривые 2 и 3 получены в случаях, когда оси в расчлененной части покрытия отличаются друг отдруга по толщине или же когда Зв толщина слоев одинакова, но различна протяженность каждой из зон покрытия.

Вследствие этого элементы покрытия настроены на несколько различающиеся частоты, что приводит к сглаживанию частотной характеристики величины погонного затухания. Однако эффект покрытия на частотах основного и дополнительного максимума затухания существенно уменьшается из-за разобщенного действия каждого из слоев покрытия.

На фиг. 6 кривая 1 соответствует конструкции, настроенной на частоту основного максимума затухания f

= 500 Гц; кривые 2 и 3 получены в случаях, когда слои в расчлененной части покрытия отделены друг от друга и от основания зазорами меньшей или большей толщины по сравнению с рекомендуемой. Падение эффективности конструкции при уменьшении толщины зазоров можно объяснить уменьшением амплитуды колебания слоев (из-за их соударения) по сравнению с резонансной. При увеличении толщины зазоров по сравнению с рекомендуемой эффективность падает из-за. уменьшения общей толщины покрытия.

1173092

1173092

Составитель Э. Неселовский

Техред М. Гергель

Корректор H.Ýðäåéè

Редактор М. Петрова

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 5031/32 Тираж 898 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5