Способ оценки звукопоглощения волокнисто-пористых материалов

Изобретение относится к области определения одной из основных характеристик шумоизолирующих материалов - коэффициента их звукопоглощения. Способ оценки звукопоглощения волокнисто-пористых материалов заключается в измерении удельного сопротивления протеканию потоком воздуха RS и определении коэффициента звукопоглощения α на заданной частоте по регрессионным уравнениям, связывающим RS и α. Изобретение может быть использовано для оценки коэффициента звукопоглощения волокнисто-пористых материалов, а также пористых материалов с открытой системой пор. 23 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к области определения одной из основных характеристик шумоизолирующих материалов - коэффициента их звукопоглощения и может быть использовано для оценки коэффициента звукопоглощения волокнисто-пористых материалов.

В настоящее время для определения коэффициента звукопоглощения материалов используют в основном два метода: метод стоячей волны и метод реверберационной камеры.

Сущность метода измерения звукопоглощения в реверберационной камере [1] заключается в последовательном измерении времени реверберации пустой камеры и камеры с образцом и последующем определении коэффициента звукопоглощения и изменения эквивалентной площади звукопоглощения. Этот метод используют для испытания звукопоглощающих строительных материалов [2, 3] для измерения коэффициента звукопоглощения акустических материалов, применяемых для стен или потолков, а также эквивалентной площади звукопоглощения объектов (например, мебели, группы людей или пространственных звукопоглотителей) в реверберационной камере [4]. Разновидности этого метода описаны в патентах [5] и [6].

Метод стоячей волны используют для определения коэффициента звукопоглощения технических нетканых полотен для автомобильной промышленности [7], а также звукоизоляционных и звукопоглощающих строительных материалов и изделий [8].

Данный метод определения коэффициента звукопоглощения заключается в образовании стоячей волны, распространяющейся в цилиндрической трубе, на конце которой помещен образец. Измерение коэффициентов звукопоглощения материалов осуществляют чаще всего при нормальном падении звуковых волн на небольших образцах (например, диаметром 10 см) в специальной трубе. На одном конце трубы помещен громкоговоритель, излучающий требуемые для измерений чистые тона. Плоские звуковые волны движутся по трубе и достигают испытуемого образца материала, помещенного в держателе с толстой задней стенкой на другом конце трубы. Затем звуковая волна частично отражается образцом, в результате падающая и отраженная волны образуют в трубе стоячую волну. Микрофон помещен в специальной тележке, движущейся по направляющим полозьям, имеющим шкалу, по которой можно точно определить расстояние между концом трубки зонда и исследуемым образцом. Напряжение с микрофона измеряют вольтметром. Из максимального и минимального давления в стоячей волне определяют коэффициент поглощения звука на заданной частоте.

В последнее время в строительстве, автомобилестроении и других отраслях широкое применение нашли нетканые теплозвукоизолирующие материалы. К нетканым материалам относят текстильные изделия, изготавливаемые из натуральных и химических волокон или нитей, соединяемых между собой без применения ткацкого станка. Началом эпохи нетканых материалов считают 1930-е гг. Первые образы были созданы в Европе. Это были полотна из вискозных волокон, скрепленных между собой химическими связующими. Несколько позже были освоены и другие способы их получения, различающиеся как по виду сырья, так и по способу скрепления.

Интерес к нетканым полотнам возник мгновенно. Выяснилось, что формирование текстильных полотен нетрадиционными способами и возможность использования в них всех известных видов волокон как индивидуально, так и в самых разных сочетаниях (зачастую невозможных при классических способах получения тканей и трикотажа) наряду со свойствами, присущими тканым изделиям, придают им совершенно новые качества. Разнообразные, порой уникальные свойства нетканых материалов позволили применять их в самых разных областях от медицины до строительства зданий, сооружений, автострад.

До недавнего времени производство нетканых полотен было сосредоточено в основном в США, Западной Европе и Японии. В конце XX в. этот список пополнился странами Азии, причем развитие производства в них идет намного более быстрыми темпами. В Беларуси производство нетканых полотен из природных и синтетических волокон освоено в ОАО «Могилевхимволокно», ЗАО «Политекс» (Могилевский район) и ОАО «БЕЛФА» (г. Жлобин).

В связи с возросшими объемами применения нетканых волокнисто-пористых материалов возникла необходимость экспресс-оценки их звукопоглощающих свойств. Стандартные методы определения коэффициента звукопоглощения, основанные на использовании сложного и дорогостоящего оборудования, не всегда доступны потребителю. Поскольку указанные материалы воздухопроницаемы, то представляется возможным оценить звукопоглощение материала по сопротивлению воздушному потоку, протекающему через образец испытуемого материала.

Задача настоящего изобретения - оценить коэффициент звукопоглощения волокнисто-пористых материалов по их сопротивлению воздушному потоку.

Для решения задачи необходимо исследовать звукопоглощение материала методом стоячей волны, определить сопротивление материала воздушному потоку и построить регрессионные зависимости, связывающие коэффициент звукопоглощения и сопротивление воздушному потоку.

В качестве объектов исследования были выбраны волокнисто-пористые нетканые материалы на основе природных (льняные) и синтетических (полипропиленовые или полиэфирные - лавсан) волокон производства ОАО «БЕЛФА» (г. Жлобин). Образцы в виде круга диаметром 120 мм и толщиной h=10 мм вырезали из нетканого полотна. Для изготовления образцов использовали материалы шести составов (Табл. 1).

Увеличение толщины исследуемого образца осуществляли путем наращивания количества слоев. Внешний вид образцов представлен на Фиг. 1.

Коэффициент звукопоглощения α материалов в диапазоне частот 50÷1600 Гц определяли с помощью системы акустических испытаний производства компании «Брюль и Къер» (Дания), в которой используется метод «двух микрофонов», основанный на разложении широкополосного стационарного случайного сигнала на падающую и отраженную составляющие. Сигнал генерируется источником звука (динамической головкой в большой измерительной трубе), а падающая и отраженная составляющие определяются из соотношения между величинами акустического давления, измеряемыми микрофонами в двух точках на поверхности трубы. Сигналы с измерительных микрофонов поступают на многоканальный анализатор спектров PULSE, выполняющий цифровую обработку сигналов по заданным алгоритмам. С анализатора спектров информация передается на ПК для отображения результатов измерений, хранения данных, печати, а также управления процессом измерений.

Сопротивление образцов продуванию воздушным потоком исследовали в соответствии с [9]. Измерения проводили на установке PA-SW (ЕТ GmbH, Германия) с цилиндрической измерительной камерой (Фиг. 2). Прибор обеспечивает измерение снижения разности давлений до минимального значения, равного 0,1 Па, с точностью ±5% установленного значения. Перепад давления Δp измеряли при линейной скорости потока воздуха u=0,5·10-3 м/с. Удельное сопротивление (или коэффициент сопротивления) продуванию потоком воздуха RS, Па·с/м, определяли по формуле

RS=R·A,

где R = Δ p q v - сопротивление продуванию потоком воздуха образца, Па·с/м3; Δp - разность между давлением воздуха, проходящего через образец, и давлением атмосферного воздуха, Па; qv - объемная скорость потока воздуха, проходящего через образец, м3/с, А - площадь поперечного сечения образца, перпендикулярного к направлению потока воздуха, м2.

На Фиг. 3 представлены результаты измерения удельного сопротивления продуванию потоком воздуха образцов различного состава и разной толщины. Видно, что для всех образцов наблюдается практически линейный рост R с толщиной образца.

Анализ результатов, приведенных на Фиг. 3, приводит к следующим заключениям.

1) Образцы на основе волокон льна и полиэфира (№4-6, таблица 1) в целом оказывают большее сопротивление потоку воздуха, чем образцы на основе волокон льна и полипропилена (№1-3, таблица 1).

2) В каждой из указанных групп сопротивление потоку воздуха увеличивается с ростом содержания волокон льна в образце (30, 60 и 70%).

Для последующего анализа полученных данных использованы результаты измерения коэффициентов звукопоглощения этих же образцов, измеренных с помощью системы для проведения акустических испытаний материалов (производства компании «Брюль и Къер», Дания).

На Фиг. 4-9 приведены зависимости коэффициента звукопоглощения от частоты для образцов различного состава (Фиг. 4 - образец 1; Фиг. 5 - образец 2; Фиг. 6 - образец 3; Фиг. 7 - образец 4; Фиг. 8 - образец 5; Фиг. 9 - образец 6). При небольшой толщине образцов (10÷20 мм) для всех материалов наблюдается практически линейный рост коэффициента звукопоглощения α с частотой. При больших толщинах образцов α сначала резко возрастает с частотой, а при частотах, превышающих 600÷700 Гц, практически не зависит от частоты.

Поскольку получить универсальное уравнение связи коэффициента звукопоглощения α с удельным сопротивлением продуванию потоком воздуха RS невозможно, нами выбраны 4 значения частоты (50, 200, 700 и 1500 Гц), для которых найдены уравнения, связывающие α и R с толщиной образца. Таким образом, задача установления взаимосвязи между RS и α решалась в три этапа: 1) нахождение зависимостей RS от толщины образца h, 2) нахождение зависимостей α от h на разных частотах, 3) установление связи между RS и α.

Первый этап аппроксимации проиллюстрирован на Фиг. 3: зависимости RS от h аппроксимированы линейными отрезками.

На втором этапе экспериментальные кривые α(h) на четырех выбранных частотах были аппроксимированы линейными зависимостями на участках роста и стабилизации коэффициента звукопоглощения (Фиг. 10 - образец 1; Фиг. 11 - образец 2; Фиг. 12 - образец 3; Фиг. 13 - образец 4; Фиг. 14 - образец 5; Фиг. 15 - образец 6). Уравнения этих зависимостей приведены в таблице 2. Уравнения в данной таблице являются линейными и начиная от 200 Гц разделены на два участка. Далее они использованы для нахождения связи между коэффициентом сопротивления продуванию потоком воздуха R и коэффициентом звукопоглощения α.

В таблице 3 приведены уравнения связи коэффициента сопротивления продуванию потоком воздуха RS и коэффициента звукопоглощения α. При частоте 50 Гц уравнения связи для всех составов образцов являются линейными и не зависят от толщины образца. На более высоких частотах уравнения связи линейно зависят от толщины образцов в диапазоне толщин от 0 до 50-70 мм. А для более толстых образцов уравнения связи не зависят от толщины образца и определяются только составом материала.

На Фиг. 16-21 построены регрессионные зависимости коэффициента сопротивления продуванию потоком воздуха от коэффициента звукопоглощения материалов различного состава (Фиг. 16 - образец 1; Фиг. 17 - образец 2; Фиг. 18 - образец 3; Фиг. 19 - образец 4; Фиг. 20 - образец 5; Фиг. 21 - образец 6). Графики на этих рисунках соответствуют уравнениям, приведенным в таблице 3.

Все графики представляют собой кривые, состоящие из двух линейных участков. Исключением является линейная зависимость RS(α), которая характерна для всех составов на частоте 50 Гц. Первый линейный участок характеризует зависимость R(α) для малых толщин образцов. Эта толщина тем меньше, чем больше частота. На больших толщинах коэффициент звукопоглощения практически не меняется на всех частотах (кроме 50 Гц), а коэффициент сопротивления продуванию растет с толщиной образца.

Таким образом, зная толщину образца и коэффициент сопротивления продуванию воздушным потоком, можно оценить коэффициент звукопоглощения материалов различного состава на основных частотах, экспериментально выбранных нами.

На Фиг. 22-23 сведены на одном графике регрессионные зависимости RS(α) материалов различного состава для частот 1500 и 700 Гц. Каждая точка на кривых соответствует определенной толщине образца, начиная от 10 мм и заканчивая 120 мм, с интервалом толщин в 10 мм. На Фиг. 22 видно, что если материал имеет сопротивление потоку воздуха RS порядка 11·103 Па·с/м, то коэффициент его звукопоглощения на частоте 1500 Гц лежит в диапазоне 0,6÷0,8 при толщине образцов более 20 мм. При такой же величине сопротивления потоку воздуха коэффициент звукопоглощения материалов на частоте 700 Гц лежит в интервале 0,45÷0,7 (Фиг. 23).

Проверку предложенного способа осуществили на образце, составленном из двух слоев волокнисто-пористого листового материала «Ворсонит» (ГОСТ 26149-84). Удельное сопротивление продуванию воздушным потоком для образца толщиной 11,4 мм составило 606 Па·с/м. Из номограммы на Фиг. 22-23 находим, что такой толщине образцов и такому сопротивлению продуванию соответствует диапазон коэффициента звукопоглощения RS=0,3÷0,4 на частоте 1500 Гц, и R=0,15÷0,2 на частоте 700 Гц. Контрольный замер коэффициента звукопоглощения с помощью системы акустических испытаний производства компании «Брюль и Къер» дал следующие результаты: на частоте 1500 Гц RS=0,38; на частоте 700 Гц RS=0,18. Видно, что предложенный способ позволил определить коэффициент звукопоглощения по удельному сопротивлению продуванию воздушным потоком с достаточно высокой точностью.

Таким образом, задача, поставленная в изобретении, решена. Зная толщину образца и коэффициент сопротивления продуванию воздушным потоком, можно оценить коэффициент звукопоглощения волокнисто-пористых материалов различного состава на основных рабочих частотах. Способ может быть использован также для оценки коэффициента звукопоглощения любых материалов с открытой системой воздушных пор.

Источники информации

1. СТ СЭВ 1929-79. Шум. Метод измерения звукопоглощения в реверберационной камере.

2. ГОСТ 26417-85. Материалы звукопоглощающие строительные. Метод испытаний в малой реверберационной камере.

3. Лопашев Д.З., Осипов Г.Л., Федосеева Е.Н. Методы измерения и нормирования шумовых характеристик. - М.: Издательство стандартов, 1983. - 232 с., стр. 219-223.

4. ГОСТ 53376-2009. Материалы звукопоглощающие. Метод измерения звукопоглощения в реверберационной камере.

5. US Patent №5465469. Method for measuring a sound absorption power of a theater chair with a human being seated thereon, G01H 3/00, publ. 1995.

6. Патент RU №2431137. Способ определения коэффициентов звукопоглощения материалов, G01N 29/04, опубл. 2010.

7. ГОСТ 23124-78. Полотна нетканые технические. Метод определения коэффициента звукопоглощения.

8. ГОСТ 16297-80. Материалы звукоизоляционные и звукопоглощающие. Методы испытаний.

9. ГОСТ P EH 29053-2008. Материалы акустические. Методы определения сопротивления продуванию потоком воздуха.

Способ оценки звукопоглощения волокнисто-пористых материалов, заключающийся в измерении удельного сопротивления протеканию потоком воздуха Rs и определении коэффициента звукопоглощения α на заданной частоте по регрессионным уравнениям, связывающим Rs и α.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ракетной и измерительной техники и может быть использовано при выходном контроле на предприятии-изготовителе корпуса ракетного двигателя и входном контроле на предприятии-изготовителе твердотопливного заряда.

Использование: для дефектоскопии изделий из титановых сплавов непосредственно после отливки с применением ультразвуковых волн для обнаружения внутренних дефектов.
Использование: для определения состояния подземной части железобетонных опор контактной сети. Сущность заключается в том, что возбуждают собственные колебания опоры, воздействуя на опору ударным импульсом в зоне раздела подземной и надземной частей, а о состоянии подземной части опоры судят по зависимости частот и энергий колебаний от времени из получаемой спектрограммы, сравнивая спектрограмму с эталонными спектрограммами для остродефектной, дефектной и нормальной опор данного типа.

Использование: для определения толщины стенки трубопровода. Сущность изобретения заключается в том, что измеряют толщину стенки трубопровода как функцию от положения с использованием распространения ультразвука.

Использование: для контроля качества сварки металлических деталей. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют ультразвуковое зондирование деталей в окрестности сварки, прием и оценку отраженных ультразвуковых сигналов, при этом дополнительно оценивают отраженные ультразвуковые сигналы от структурных неоднородностей металла деталей в зоне термического влияния и настраивают чувствительность ультразвукового дефектоскопа относительно уровня этих сигналов.

Изобретение относится к области неразрушающего ультразвукового контроля изделий и используется при контроле качества продольных и кольцевых швов, а также контроле качества изделий.

Устройство относится к средствам для дистанционного контроля высоковольтного электрооборудования, находящегося под напряжением, и может быть применено в электроэнергетике.

Использование: для неразрушающего контроля дефектов. Сущность изобретения заключается в том, что посылают зондирующий электромагнитный сигнал на преобразователь, возбуждающий в контролируемом образце поверхностные акустические волны, при этом на преобразователь периодически подается зондирующий электромагнитный импульс, в котором частота дискретно меняется по линейному закону, производится измерение частотной зависимости комплексного коэффициента отражения S11 этого преобразователя ПАВ и последующее Фурье- преобразование полученной частотной зависимости, по которому можно определить местоположение и величину дефекта по амплитуде и задержке отраженных от него ПАВ, причем длительность зондирующего электромагнитного импульса выбирается таким образом, что измерения на каждой частоте ведется некоторое время, за которое ПАВ проходит расстояние большее, чем удвоенное расстояние между преобразователем и дефектом, частота заполнения электромагнитного импульса формируется с помощью цифрового синтезатора частоты.

Изобретение относится к способу изготовления снабженной полым профилем конструктивной детали из волокнистого композиционного материала (варианты). Техническим результатом данного изобретения является исключение операции дополнительной обработки заготовки конструктивной детали для закрытия открытых концов полого профиля и исключение отрицательного действия заглушки на испытание без разрушения материала заготовки конструктивной детали посредством ультразвука.

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой способ и устройство для обнаружения дефектов на поверхности ферромагнитных материалов и изделий.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля положения поглощающих стержней различного функционального назначения в активной зоне реактора, а также различных механических узлов и оборудования, например, на атомных электростанциях.
Изобретение относится к ультразвуковой технике и предназначено для качественной оценки распределения плотностей ультразвуковой энергии в технологических объемах с водной средой, подвергаемой действию ультразвука.

Использование: для контроля ультразвукового датчика по характеристики импеданса датчика. Сущность изобретения заключается в том, что сенсорное устройство содержит датчик, прежде всего ультразвуковой датчик, имеющий средства генерирования и обнаружения звуковых волн, причем средства обнаружения преобразуют принимаемые звуковые волны в электрические сигналы, анализируемые посредством блока обработки сигналов, при этом оно содержит устройство функционального контроля, выполненное с возможностью определения характеристики импеданса датчика в зависимости от частоты возбуждения, причем устройство функционального контроля выполнено таким образом, чтобы во время измерения импеданса возбуждать колебания с амплитудой, меньшей по сравнению с результатом обычного измерения, или таким образом, чтобы проводить измерения импеданса в промежутках между периодами работы датчика в обычном режиме измерений.

Настоящая группа изобретений относится к измерительной камере (6) для ультразвуковой ванны (1) или для емкости, которая оборудована низкочастотным источником (2) ультразвука для выработки кавитации и способу для определения кавитационной энергии.

Изобретение относится к способу и устройству для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе и может быть использовано в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, где требуется высокая точность определения параметров.

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано в просветных приемоизлучающих системах контроля протяженных морских акваторий и комплексного мониторинга гидрофизических полей среды различной физической природы.

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано в просветных приемоизлучающих системах контроля протяженных морских акваторий и комплексного мониторинга гидрофизических полей среды различной физической природы.

Изобретение относится к гидроакустике и предназначено для использования в активно-пассивных и параметрических системах контроля протяженных морских акваторий, измерения характеристик гидрофизических полей, формируемых естественными и искусственными источниками, инженерными сооружениями, а также стихийными морскими явлениями, например, внутренними волнами, землетрясениями или цунами.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для регистрации инфранизкочастотных колебаний в морской воде. .
Изобретение относится к передатчикам параметра процесса, преимущественно, чтобы управлять или наблюдать за производственными процессами. .

Использование: для неразрушающего контроля качества сварных швов с использованием метода акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что акустическое устройство обнаружения и определения местоположения дефектов в сварных швах содержит измерительный канал, включающий установленный на безопасном расстоянии от сварного шва преобразователь акустических сигналов, первый предварительный усилитель, полосовой фильтр, а также первый аналого-цифровой преобразователь, блок оперативного запоминания акустических сигналов и компьютер с монитором отображения выходных данных, при этом оно снабжено коммутатором, включенным между выходом преобразователя акустических сигналов и входом первого предварительного усилителя, первым амплитудным дискриминатором, соединенным с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, вход которого подключен к выходу полосового фильтра, вход которого подключен к выходу первого предварительного усилителя, вторым амплитудным дискриминатором, причем выходы первого амплитудного дискриминатора соединены с соответствующими входами блока оперативного запоминания акустических сигналов и второго амплитудного дискриминатора, блоком записи эталонных сигналов, вход которого соединен с выходом второго амплитудного дискриминатора, блоком вычисления нормированных взаимно корреляционных функций и их максимальных значений. Технический результат: повышение помехозащищенности устройства и обеспечение возможности одностороннего доступа при использовании единственного преобразователя акустико-эмиссионных сигналов на стадии сбора данных и двух преобразователей на стадии определения местоположения дефектов. 2 ил.
Наверх