Стенд для виброакустических испытаний образцов и моделей

Изобретение относится к испытательному оборудованию. Стенд для виброакустических испытаний образцов и моделей содержит основание, на котором посредством по крайней мере трех виброизоляторов закреплена переборка, представляющая собой одномассовую колебательную систему массой и жесткостью соответственно m₂ и c₂, а в качестве генератора гармонических колебаний использован эксцентриковый вибратор, расположенный на переборке, отличающийся тем, что на переборке установлена стойка 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, фиксируется 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 используются частотомер и фазометр, а для определения собственных частот каждой из исследуемых систем виброизоляции производится имитация ударных импульсных нагрузок на каждую из систем и записываются 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_Aср - средний уровень звука на измерительной поверхности, при этом 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; В - постоянная каюты судна до его акустической обработки, м²; В₁ - постоянная помещения после его акустической обработки, м², которая определяется по формуле

где A₁=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

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

ΔA=α_о6лS_обл+A_штn,

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 элементов 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. Техническим результатом является расширение технологических возможностей испытаний объектов, имеющих несколько упругих связей с корпусными деталями. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к испытательному оборудованию.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является вибростенд по патенту РФ №91540, B06B 1/00 от 07.12.2009 г., содержащий основания, защищаемый объект, измерительную аппаратуру и генераторы вибрационных и ударных воздействий (прототип).

Недостатком прототипа является 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 стенде для виброакустических испытаний образцов и моделей, содержащем основание, на котором посредством, по крайней мере, трех виброизоляторов закреплена переборка, представляющая собой одномассовую колебательную систему массой и жесткостью соответственно m₂ и c₂, в качестве генератора гармонических колебаний использован эксцентриковый вибратор, расположенный на переборке, а на переборке установлена стойка 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, фиксируется 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.

На фиг. 1 представлена схема стенда, 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.

Стенд для 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 чертежах 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, фиксируется 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.

Стенд для 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 чертежах 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_рА

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

B₁ - постоянная помещения после его акустической обработки, м², которая определяется по формуле

где A₁=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

ΔA - 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;

A_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.

Возможен вариант, когда для исследования эффективности модели акустического потолка 25 (фиг. 7), облицованного звукопоглотителем, с боковых стенок металлического корпуса 28 снимается звукопоглотитель, а эффективную часть регулируемого источника шума 27, установленного на звукопоглотителе 27, направляют на потолочную часть корпуса 28 и включают его, последовательно изменяя громкость звука и частоту сигнала, затем с микрофона 23 подают сигналы (на чертежах не показано) на усилитель мощности, например тензометрический 29, а с него подают сигналы на осциллограф 24 и записывают осциллограммы уровней звукового давления, по которым определяют эффективность модели акустического потолка.

1. Стенд для виброакустических испытаний образцов и моделей, содержащий основание, на котором посредством по крайней мере трех виброизоляторов закреплена переборка, представляющая собой одномассовую колебательную систему массой и жесткостью соответственно m₂ и c₂, а в качестве генератора гармонических колебаний использован эксцентриковый вибратор, расположенный на переборке, отличающийся тем, что на переборке установлена стойка 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, фиксируется 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 производится имитация ударных импульсных нагрузок на каждую из систем и записываются 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_Aср - средний уровень звука на измерительной поверхности, при этом 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; В - постоянная каюты судна до его акустической обработки, м²; В₁ - постоянная помещения после его акустической обработки, м², которая определяется по формуле

где A₁=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

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

ΔA=α_о6лS_обл+A_штn,

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 элементов 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.

2. Стенд для виброакустических испытаний образцов и моделей по п. 1, отличающийся тем, что для исследования эффективности акустического потолка, облицованного звукопоглотителем, с боковых стенок металлического корпуса снимают звукопоглотитель, а эффективную часть регулируемого источника шума направляют на потолочную часть корпуса и включают его, последовательно изменяя громкость звука и частоту сигнала, затем с микрофона подают сигналы на усилитель мощности, например тензометрический, а с него подают сигналы на осциллограф и записывают осциллограммы уровней звукового давления, по которым определяют эффективность акустического потолка.