Акустическое покрытие

 

Изобретение относится к акустике и может быть использовано в судостроении и других областях промышленности и на транспорте для снижения уровня шума и вибраций. Увеличение и стабилизация акустической эффективности покрытия на низких звуковых частотах достигается за счет того, что акустическое покрытие состоит из массива высокоэластичного материала в виде пластины с воздушными перфорациями, герметизированной с наружной стороны слоем конструкционного материала. Перфорации выполнены в виде каналов с осевой симметрией, равномерно расположенных по площади пластины. Герметизирующий слой выполнен из резины и по части толщины имеет полости. Диаметр полостей составляет 0,1 - 1,0 толщины герметизирующего слоя. Толщина этого слоя лежит в пределах от 0,02 - 0,2 общей толщины акустического покрытия. 2 ил.

Предложение относится к акустике, оно может быть использовано в судостроении и других областях промышленности и на транспорте для снижения шума и вибраций.

Одним из основных типов акустических покрытий являются так называемые мягкие вибропоглощающие покрытия, состоящие из слоя вязкоупругого материала, в котором при поперечном перемещении поверхности изгибно-колеблющихся пластин возникают упругие волны, распространяющиеся в направлении его толщины (А.С.Никифоров "Акустическое проектирование судовых конструкций". Л. , "Судостроение", 1990 г., стр. 161). Такая физическая ситуация реализуется на стальной пластине, облицованной покрытием из резины с воздушными полостями, описанной в книге А. С. Никифорова "Вибропоглощение на судах". Л., "Судостроение", 1979 г., стр. 72).

Основным недостатком такого рода покрытий является негерметичность конструкций, в результате чего они не могут эффективно работать в контакте с жидкими средами.

Известно акустическое покрытие (патент Великобритании N 963958 "Вибродемпфирующая композиция"), имеющее верхний и нижний герметезирующие слои из конструкционного материала, а также средний слой из высокоэластичного материала, содержащий хаотично расположенные воздушные полости, которое авторами принято за прототип. В покрытии-прототипе по сравнению с аналогами обеспечивается герметичность воздушных полостей, что позволяет использовать это покрытие в контакте с жидкими средами.

Однако в ряде случаев конструкций с высоким уровнем шума и вибраций на низких звуковых частотах эффективность этого покрытия является недостаточной. Задачей настоящего изобретения является увеличение и стабилизация акустической эффективности покрытия на низких звуковых частотах.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом покрытии, состоящем из массива высокоэластичного материала в виде пластины с воздушными каналами, герметизированной с наружной стороны слоем конструкционного материала, каналы выполнены с осевой симметрией и равномерно расположены по площади пластины. Герметизирующий слой выполнен из резины и по части толщины имеет полости, являющиеся продолжением воздушных каналов пластины. Диаметр полостей герметизирующего слоя составляет 0,1 - 1,0 его толщины, а его толщина составляет 0,02 - 0,2 толщины акустического покрытия. Выполнение герметизирующего слоя из эксплуатационно-стойкой резины обеспечивает работоспособность покрытия при действии солнечных лучей, в присутствии озона, при контакте с бензином и маслами, а также и другими агрессивными веществами и воздействиями. Такое выполнение акустического покрытия позволяет повысить его эффективность на низких звуковых частотах и стабилизировать эффект по площади пластины, а также повысить его эксплуатационную стойкость в жестких условиях функционирования.

Такое новое техническое решение, обусловленное всей новой совокупностью отличительных признаков, позволяет увеличить акустическую эффективность и ее стабильность по поверхности пластины благодаря тому, что герметизирующий слой выполнен из резины с воздушными полостями при определенных конструктивных соотношениях, а высокоэластичный слой содержит равномерно распределенные по площади пластины воздушные каналы с осевой симметрией, чего не наблюдается в известных аналогичных устройствах.

В патентах и научно-технической информации авторы не обнаружили предлагаемую совокупность существенных отличительных признаков. Неизвестно им также применение отдельных признаков в другой совокупности признаков. Поэтому предлагаемое техническое решение можно считать новым.

Предлагаемое техническое решение можно считать соответствующим изобретательскому уровню, так как оно не следует из известного уровня техники очевидным образом.

Промышленная применимость настоящего изобретения доказана материалами заявки, в частности пояснительными чертежами и оценкой эффективности. Поэтому данное изобретение, по мнению авторов, патентоспособно.

Сущность изобретения поясняется иллюстрациями, где показано на фиг. 1 - предлагаемое акустическое покрытие; на фиг. 2 - оценка частотной характеристики коэффициента потерь предлагаемого покрытия и покрытия прототипа.

Предлагаемое покрытие состоит из пластины высокоэластичного материала 1 с равномерно распределенными по ее площади воздушными каналами 2 с осевой симметрией, герметизированной с помощью слоя резины 3, имеющего по части толщины полости 4. Диаметр d полостей 4 составляет 0,1 - 1,0 толщины h слоя резины 3, а толщина этого слоя h составляет 0,02 - 0,2 общей толщины покрытия H.

Повышенная акустическая эффективность предложения объясняется следующим. "Для расширения диапазона частот эффективной работы мягкого вибропоглощающего покрытия в сторону низких частот (то есть для увеличения его эффективности на низких частотах), необходимо понизить его первую резонансную частоту, для чего следует увеличить толщину покрытия" (А.С.Никифоров "Акустическое проектирование судовых конструкций". Л., "Судостроение", 1990 г. , стр. 163). При этом имеется в виду та часть толщины конструкции, в которой распространяются упругие волны с относительной низкой скоростью. В предложении активная часть толщины состоит из толщины высокоэластичного слоя с воздушными каналами плюс часть толщины герметизирующего слоя с полостями. Поэтому кривая частотной характеристики коэффициента потерь сдвигается в сторону низких частот на величину Δf = f_oαh/(H-h), где 0,5 - коэффициент, учитывающий глубину полостей герметизирующей пластины, относительно частоты f₀ в характеристике прототипа.

Упорядочение расположения воздушных каналов устраняет хаотическую вариацию акустических свойств покрытия, возникающую в случае их произвольного взаимного расположения по площади пластины, и обеспечивает стабильность эффекта. Выбор пределов изменения отношения диаметра полостей d к толщине герметизирующего слоя h объясняется следующим. Уменьшение отношения ниже названного ведет к неоправданному повышению скорости упругих волн в этом слое, и, следовательно, к потере эффективности на низких частотах. Увеличение отношения сверх названного приводит к потере прочностных свойств слоя как конструктивного. Выбор пределов изменения отношения толщины герметизирующего слоя h к толщине покрытия H объясняется следующим. Уменьшение отношения h/H ниже названного ведет к потере эффективности предложения, увеличение отношения выше названного приводит к потере оптимальности конструкции, так как слой вязкоупругого материала 1 обладает лучшими поглощающими характеристиками, чем материал герметизирующего слоя резины 3.

Применение эксплуатационно-стойкой резины обеспечивает не только возможность эксплуатации покрытия, находящегося под действием солнечных лучей, в атмосфере, содержащей озон, в контакте с бензином, маслами и другими агрессивными веществами и воздействиями, но и удовлетворительные прочностные характеристики герметизирующего слоя, делая его конструкционным. Герметизирующий слой с противоположной стороны пластины, прилегающей к демпфируемой конструкции, не требуется, так как его роль играет демпфируемая конструкция, к которой предлагаемое покрытие может герметично прикреплено.

На фиг. 2 показан пример повышения эффективности (увеличения коэффициента потерь η) при реализации предложения (кривая 5) по сравнению с прототипом (кривая 6). В данном случае h/H = 0,2, α = 0,5, f₀ = 1 кГц, при этом Δf = 0,1f₀ = 100 Гц.

Смещение характеристики потерь в область низких частот порядка 1 кГц составляет в данном случае 100 Гц, а соответствующее возрастание эффективности по η в диапазоне 1...3 кГц ≈ 0,003, что является заметной величиной на низких звуковых частотах, где коэффициент потерь конструкции мал и составляет сотые доли.

Изготовление предлагаемого покрытия не представляет значительных трудностей и может быть выполнено прессовым способом.

Положительный эффект от применения предлагаемого акустического покрытия по сравнению с известным, взятым в качестве прототипа, заключается в создании покрытия с повышенным на величину порядка коэффициента потерь прототипа коэффициента потерь предложения на низких звуковых частотах, стабилизации его акустических свойств, как по площади отдельной пластины, так и от пластины к пластине.

Формула изобретения

Акустическое покрытие, состоящее из массива высокоэластичного материала в виде пластины с воздушными каналами, герметизированной с наружной стороны слоем конструкционного материала, отличающееся тем, что каналы выполнены с осевой симметрией и равномерно расположены по площади пластины, а герметизирующий слой выполнен из резины и по части толщины имеет полости, являющиеся продолжением воздушных каналов пластины, причем диаметр полостей составляет 0,1 - 1,0 толщины герметизирующего слоя, а толщина этого слоя лежит в пределах 0,02 - 0,2 общей толщины акустического покрытия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2