Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса
1.1 Обзор работ по вопросам исследования шума автомобилей и разработке шумопонижающих мероприятий 11
1.2 Задачи разработки эффективных шумопонижающих комплектов для легковых автомобилей 12
1.3 Анализ методов исследований виброакустических характеристик легковых автомобилей, их шумоактивных узлов и систем, образцов материалов и деталей шумопонижающего комплекта 15
1.4 Анализ опубликованных работ по эффективному использованию акустических материалов и деталей шумопонижающего комплекта 18
1.5 Анализ опубликованных работ по вопросам модификации структур акустических материалов деталей шумопонижающего комплекта 21
1.6 Проблемы ослабления воздушной передачи шумового излучения в пространство пассажирского помещения 23
1.7 Проблемы использования многофункциональных экранных элементов двигателя легкового автомобиля 25
Постановка цели и задач 27
ГЛАВА 2. Методы акустических исследований легковых автомобилей и их отдельных компонентов
2.1 Методы исследований воздушной передачи шумового излучения в пространство пассажирского помещения 28
2.2 Метод идентификации сквозных щелевых зон передачи звуковой энергии 31
2.3 Метод топологических акустических исследований шумоизлучающих структур панелей кузова с моделированием шумопонижающих эффектов 32
2.4 Метод исследования термонагруженности виброшумодемпфированных кузовных панелей 35
2.5 Метод автономных исследований модуля отопительно-вентиляционной системы и модуля системы охлаждения двигателя легкового автомобиля 37
2.6 Метод исследования звукопоглощающих свойств образцов материалов и полномасштабных деталей шумопонижающего комплекта 39
2.7 Метод исследования звукоизоляционных свойств конструктивных элементов кузова и деталей шумопонижающего комплекта 40
2.8 Метод исследования вибродемпфирующих характеристик образцов материалов 42
2.9 Метод определения характеристик колебаний и звукоизлучения крупногабаритных тонколистовых структур панелей кузова 45
2.10 Метод расчетных исследований вибродемпфирующих покрытий, смонтированных на изгибно-колеблющейся стальной панели 47
Основные выводы по второй главе 48
ГЛАВА 3. Исследование акустических материалов и полномасштабных деталей шумопонижающих комплектов современных легковых автомобилей
3.1 Разработка классификационных схем деталей шумопонижающих комплектов легковых автомобилей 50
3.2 Исследование структурных составов шумопонижающих комплектов современных легковых автомобилей 54
3.3 Ранжирование акустических материалов по категориям шумопонижающей эффективности 64
3.3.1 Метод ранжирования акустических материалов по категориям шумопонижающей эффективности 64
3.3.2 Ранжирование звукопоглощающих материалов по категориям шумопонижающей эффективности 66
3.3.3 Ранжирование звукоизолирующих материалов по категориям шумопонижающей эффективности 68
3.3.4 Ранжирование вибродемпфирующих материалов по категориям шумопонижающей эффективности 71
3.4 Исследование многофункциональных деталей интерьера с выраженной функцией звукопоглощения 73
Основные выводы по третьей главе 76
ГЛАВА 4. Разработка методик совершенствования конструкций деталей шумопонижающих комплектов легковых автомобилей
4.1 Аналитическое описание формирования эффекта снижения уровней шума в пространстве пассажирского помещения 77
4.2 Исследование доминирующих путей воздушной передачи звуковой энергии в пространство пассажирского помещения и разработка эффективных приемов их ослабления 80
4.3 Топологическое акустическое совершенствование конструкций деталей шумопонижающего комплекта 86
4.4 Топологическое температурное совершенствование вибродемпфирующих покрытий панелей кузова 92
4.5 Разработка эффективных шумопоглощающих модулей, интегрированных с экранными элементами двигателя легкового автомобиля 96
4.6 Исследование акустических характеристик и разработка шумопонижающих мероприятий для модуля отопительно-вентиляционной системы 100 Основные выводы по четвертой главе 106
ГЛАВА 5. Разработка модифицированных структур акустических материалов деталей шумопонижающего комплекта легкового автомобиля
5.1 Модификация структур звукопоглощающих материалов 107
5.2 Модификация структур звукоизолирующих материалов 113
5.3 Модификация структур вибродемпфирующих материалов 117
5.4 Сравнительная оценка эффективности модифицированных структур акустических материалов 129
Основные выводы по пятой главе 132
ГЛАВА 6. Оценка технико-экономической эффективности мероприятий по снижению внутреннего и внешнего шума легковьгх автомобилей
6.1 Методы исследований акустической эффективности мероприятий по снижению внутреннего и внешнего шума 133
6.2 Эффективность мероприятий по снижению воздушной передачи шумового излучения в пространство пассажирского помещения 134
6.3 Эффективность использования шумопоглощающих модулей, интегрированных с экранными элементами двигателя легкового автомобиля 135
6.4 Эффективность использования структурированных шумопоглощающих, шумоизолирующих и вибродемпфирующих деталей в конструкции легкового автомобиля 138
6.5 Эколого-экономические эффекты от использования рационализированных шумопонижающих мероприятий 149
Основные выводы по шестой главе 156
Основные результаты и выводы 157
Список использованных источников 161
Приложения 184
- Анализ методов исследований виброакустических характеристик легковых автомобилей, их шумоактивных узлов и систем, образцов материалов и деталей шумопонижающего комплекта
- Метод топологических акустических исследований шумоизлучающих структур панелей кузова с моделированием шумопонижающих эффектов
- Метод определения характеристик колебаний и звукоизлучения крупногабаритных тонколистовых структур панелей кузова
- Ранжирование акустических материалов по категориям шумопонижающей эффективности
Введение к работе
Вредное воздействие шума - одна из широко распространенных экологических проблем в мире. Оно может приводить к расстройству сна, соматическим и психическим расстройствам, ухудшению познавательного функционирования человека, подавлению иммунной системы, снижению работоспособности и производительности труда, повышению общей заболеваемости и возникновению профессиональных заболеваний и др.
Как следует из доклада 47 сессии рабочего комитета по транспортным шумам Европейской Экономической Комиссии при Организации Объединенных Наций (ЕЭК ООН) приблизительно 50000 человек в Европейском Союзе (ЕС) ежегодно преждевременно умирают от сердечных приступов, причиной которых является воздействие транспортного шума, еще около 200000 страдают от сердечно-сосудистых заболеваний, вызванных этим шумом [200]. Ежегодные затраты 25 стран ЕС, вызванные вредным воздействием на население транспортного шума составляют 40 млрд. евро., из которых 90% приходится на автомобильный транспорт. Легковые автомобили, как самый массовый и распространенный вид автомобильного транспорта, являются доминирующим источником акустического загрязнения окружающей среды на селитебных территориях городов и крупных населенных пунктов. Одновременно с этим пассажирское помещение легкового автомобиля является замкнутым пространством, в котором водитель и пассажиры подвергаются вредному воздействию шума, негативно влияющего на акустический комфорт и безопасность движения. Таким образом, технические аспекты снижения шума легковых автомобилей имеют большое социальное, гигиеническое и технико-экономическое значение, определяют их потребительские и конкурентоспособные качества.
Постоянно меняющиеся запросы потребителей, непрерывное ужесточение экологических норм и требований безопасности приводят к существенному усложнению и увеличению оснащенности легковых автомобилей, вызывая негативное влияние на их весо-габаритные и стоимостные показатели. Данная тенденция также относится и к реализуемому в конструкциях автомобилей набору различ-
ных конструктивно-технологических мероприятий, обеспечивающих подавление источников генерирования шумовых излучений. В связи с этим, достаточно актуальной становится проблема повышения эффективности шумопонижающих мероприятий для легковых автомобилей, направленных на достижение требуемого шумопонижающего эффекта, при приемлемых (наиболее высоких, технически достижимых) технологических, экологических и эксплуатационных свойствах, минимизации весовых, габаритных и стоимостных показателей. Решение этой комплексной проблемы связано с необходимостью обеспечения наиболее рационального сочетания в составе легкового автомобиля деталей и конструктивных элементов, выполненных, или содержащих в своем составе слои, из акустических материалов (звукопоглощающих, звукоизолирующих и вибродемпфирующих), шумопонижающих устройств, а также многофункциональных модулей, наделенных шумопонижающими свойствами.
В связи с вышеизложенным, настоящую работу, посвященную разработке путей повышения эффективности акустических материалов и конструкций для снижения шума легковых автомобилей, следует считать актуальной и своевременной. Диссертационная работа отражает результаты исследований, проводившихся в 2005-2009 годах на кафедре «Управление промышленной и экологической безопасностью» Тольяттинского государственного университета и в научно-техническом центре ОАО «АВТОВАЗ».
Цель диссертационной работы. Улучшение акустических характеристик легковых автомобилей путем разработки модифицированных структур акустических материалов и конструкций, обладающих повышенной шумопонижающей эффективностью, улучшенными весо-габаритными, стоимостными и экологическими показателями.
Задачи исследования.
1. Совершенствование экспериментальных и расчетно-экспериментальных методов комплексных исследований виброакустических характеристик шумопонижающих комплектов легковых автомобилей, базирующихся на применении акустических материалов.
Исследование технических характеристик акустических материалов, используемых в составе конструкций деталей, узлов и систем легковых автомобилей, классификация их структурных составов и ранжирование шумопонижающих качеств.
Разработка методик термоакустического совершенствования месторасположения и геометрической формы деталей шумопонижающих комплектов легковых автомобилей на поверхностях панелей кузова, с учетом повышения их шумопонижающих свойств.
Разработка модифицированных структур акустических материалов и конструкций, обладающих улучшенными шумопонижающими, весо-габаритными, стоимостными, технологическими и экологическими характеристиками.
Определение значений основных технических параметров акустических материалов и полномасштабных деталей шумопонижающего комплекта, обеспечивающих эффективное подавление ими шумовых излучений в различных пространственных зонах кузова легкового автомобиля.
Объект исследования. Процессы генерирования, распространения и рассеивания виброакустической энергии в структурах материалов шумопонижающих конструкций узлов, агрегатов и систем автомобилей.
Научная новизна работы.
Разработана уточненная классификация и определены признаки катего-рийного ранжирования шумопонижающих качеств звукопоглощающих, звукоизолирующих и вибродемпфирующих материалов, используемых в составе конструкций деталей, узлов и систем легковых автомобилей.
Разработаны методики совершенствования конструкций деталей шумопонижающих комплектов легковых автомобилей, основанные на использовании акустических и температурных топологических карт панелей кузова, и обеспечивающие наиболее эффективное их применение по структуре, месторасположению, геометрической форме, с учетом эксплуатационного температурного и частотного диапазона.
3. Разработаны модифицированные структуры акустических материалов и конструкций, с определенными эффективными соотношениями параметров структурирования, обладающие улучшенными шумопонижающими, весо-габаритными, стоимостными, технологическими и экологическими характеристиками.
Практическая ценность. Разработаны конструктивно-технологические мероприятия по демпфированию структурного шумового излучения панелей кузова и устранению доминирующих путей воздушной передачи звуковой энергии в пассажирское помещение из зашумленных пространств легковых автомобилей (моторного отсека, багажного отделения, подднищевой зоны кузова), усовершенствованы конструкции шумопоглощающих экранных элементов двигателей внутреннего сгорания (ДВС), модулей системы охлаждения ДВС, направляющих и регулирующих элементов модулей отопительно-вентиляционных систем (ОВС), модифицированы структуры акустических материалов (звукопоглощающих, звукоизолирующих, вибродемпфирующих).
Реализация работы. Усовершенствованные методы экспериментальных и расчетно-экспериментальных исследований внедрены в технологический процесс виброакустической доводки легковых автомобилей в научно-техническом центре ОАО «АВТОВАЗ». Разработанные шумопонижающие мероприятия внедрены в массовом производстве автомобилей ВАЗ семейств ВАЗ-1118 «Калина» и ВАЗ-2170 «Приора». Модифицированные структуры звукопоглощающих, звукоизолирующих и вибродемпфирующих материалов, приняты к внедрению в производство на ЗАО НЛП «Тэкникал Консалтинг». Результаты диссертации используются в учебном процессе Автомеханического института Тольяттинского государственного университета.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 46 работ, в том числе 13 в изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией, 8 патентов на изобретения и 5 патентов на полезные модели.
Апробация работы. Материалы диссертации в различное время рассматривались и обсуждались на российских и международных научных и научно-
технических конференциях: «Безопасность. Технологии. Управление» (ТГУ, г. Тольятти, 2005, 2007 и 2009 гг.), «Туполевские чтения» (КГТУ им. А.Н. Туполева, г. Казань, 2005, 2007 гг.), «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (СГАУ им. СП. Королева, г. Самара, 2006 г.), «Проектирование колёсных машин» (МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва, 2006, 2008 гг.), Ассоциации автомобильных инженеров «Автомобиль и окружающая среда» (НИЦИАМТ, г. Дмитров, 2007, 2009 гг.), «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (НТТМ, г. Москва, 2006, 2007 и 2008 гг.), «Перспективные задачи АВТОВАЗа: новационные решения молодых» (ОАО «АВТОВАЗ», г. Тольятти, 2006 г.), XX сессии Российского акустического общества (г. Москва, 2008 г.).
Результаты исследований, представленные в диссертации, отмечены дипломами: конкурсов научно-технических разработок ОАО «АВТОВАЗ» (г. Тольятти, 2006 г.), «Инженер года» (г. Самара, 2006 г.), «Автор лучшего рационализаторского предложения ОАО «АВТОВАЗ» (г. Тольятти, 2007 г.), «Стипендия Президента Российской Федерации» (г. Москва, 2007 г.), Всероссийской выставки научно-технического творчества молодежи (г. Москва, 2008 г.).
Проведенные автором научные исследования по теме диссертационной работы были поддержаны грантом Самарского областного конкурса на предоставление грантов студентам, аспирантам и молодым ученым, в номинации «кандидатский проект» (№290ТЗ.ЗК, г. Самара, 2007 г.).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Работа содержит 160 страниц основного текста, 67 рисунков, 5 таблиц и 19 приложений, список использованных источников содержит 264 наименования.
Анализ методов исследований виброакустических характеристик легковых автомобилей, их шумоактивных узлов и систем, образцов материалов и деталей шумопонижающего комплекта
Измерения уровней внутреннего и внешнего шума легковых автомобилей, производимые в дорожных условиях испытаний, позволяют определить соответствие (или несоответствие) их действующим нормативным требованиям, а также оценить эффективность вводимых конструктивно-технологических шумопонижающих мероприятий. Испытания проводятся на специальных дорогах автополигонов (испытательных треков) или на качественных покрытиях дорог общего пользования. Измерения уровней внешнего шума легковых автомобилей производятся согласно требований и методик ГОСТ Р 41.51-2004 [24] (правил R 51-02 ЕЭК ООН [229]) и ГОСТ Р 52231-2004 [25], уровней внутреннего шума - согласно ГОСТ Р 51616-2000 [22]. Широкое распространение находят методы стендовых акустических испытаний легковых автомобилей, что обусловлено возможностью поддержания стабильных условий испытаний, не зависящих от погоды и состояния дорожного покрытия. Достаточно полная имитация скоростных и нагрузочных режимов движения автомобиля достигается на динамометрических стендах, оборудованных низкошумными беговыми барабанами и смонтированных в безэховых или полубезэховых акустических камерах [180, 227, 237, 249, 252]. Для оценки шумовых излучений, генерируемых в пассажирском помещении легкового автомобиля набегающим потоком воздуха, применяются низкошумные исполнения полномасштабных аэродинамических труб (ПАДТ) [67, 182, 201, 212]. Виброакустические исследовательские и доводочные работы ДВС легковых автомобилей, его навесных агрегатов и систем, производятся с использованием специализированных моторных стендов, монтируемых в акустических (безэховых или полубезэховых) камерах [111, 252].
Для исследования звукопоглощающих свойств образцов акустических материалов используется метод акустического интерферометра [7, 21, 89] и ревер-берационный метод [7, 139, 204]. При исследовании звукопоглощающих свойств материалов и полномасштабных деталей шумопонижающего комплекта легковых автомобилей наибольшее распространение находит реверберационный метод, основанный на использовании малогабаритной реверберационной камеры «Кабина Альфа» [205, 233, 258]. Объем полости такой камеры (6,45 м3) соизмерим с объемами полостей пассажирского помещения, моторного отсека и багажного отделения легкового автомобиля. Оценка звукопоглощающих свойств с использованием указанного метода производится путем сопоставления времени реверберации диффузного звукового поля в пустой (без исследуемого образца) реверберационной камере и в реверберационной камере с размещенным в ней исследуемым образцом материала или полномасштабной детали. Исследования звукоизоляционных свойств образцов материалов, полномасштабных формованных деталей интерьера в сборе с несущими элементами конструкции кузова проводятся с использованием сообщающихся измерительным окном акустических камер [161, 183, 210, 249, 253]. Наибольшее распространение находят методы косвенной оценки потерь передачи звуковой энергии через исследуемую структуру материала с применением малогабаритных объектов исследований. Для этих целей используются специализированные лабо-раторно-стендовые установки типа «Башня Пиза» [161, 253], «Малая Кабина» [161, 253], «Апамоулд» [55, 142], «Изокел» [162], имеющие ряд отличительных признаков и обеспечивающих их применение для решения тех или иных прикладных задач. Указанные установки содержат две базовые акустические камеры (камеру возбуждения и приемную камеру), сообщаемые посредством несущей тонколистовой структуры и установленного на ее поверхности образца исследуемого материала или фрагмента полномасштабной детали.
Широко используемым методом определения вибродемпфирующих свойств акустических материалов является метод «Оберет», базирующийся на методических требованиях стандартов DIN 53440 (DIN EN ISO 6721) [171], ASTM E 756-04 [138] и SAE J1637 [231]. Данный метод основан на оценке амплитудно-частотной характеристики изгибно-колеблющейся консольно закреп ленной композитной структуры, содержащей несущую тонколистовую металлическую пластину и адгезионно смонтированный на ее поверхности образец исследуемого вибродемпфирующего материала. Другим известным методом исследования вибродемпфирующих свойств материалов является метод «Мокофлекс» [161], основанный на оценке амплитуды и фазы изгибных колебаний исследуемого образца материала (без использования несущей пластины) в двух равноудаленных точках. Меньшее распространение находит метод «Плита SAE» [15, 56], основанный на оценке скорости затухания свободных колебаний эластично подвешенной несущей стальной плиты, со смонтированным на ее поверхности образцом исследуемого материала, при прекращении процесса ее динамического возбуждения. Для исследования колебательных (звукоизлучательных) характеристик тонколистовых структур панелей кузова автомобиля нашли применение исследовательские методы «RTC» [253] и «Апамат» [253]. В указанных экспериментальных методах используются специализированные лабораторно-стендовые установки, состоящие из двух камер (камеры возбуждения и приемной камеры). При использовании метода «RTC» возбуждение исследуемой тонколистовой структуры осуществляется по периметрическим зонам ее поверхности с помощью динамического вибратора расположенного в камере возбуждения. По методу «Апамат» динамическое возбуждение исследуемой тонколистовой структуры осуществляется хаотичным ударным воздействием мелких сферических тел (формирующим диффузное вибрационное поле), имитирующим в определенной степени структурное возбуждение панелей кузова во время движения автомобиля по мелкогравийному дорожному покрытию. Оценка колебательных характеристик осуществляется на основе анализа уровней виброускорений поверхности исследуемой структуры, а также уровней излучаемого ею структурного шума, замеренных в приемной камере. Проведенный информационный анализ позволил определить, что известные методы исследований виброакустической эффективности модифицирован
Метод топологических акустических исследований шумоизлучающих структур панелей кузова с моделированием шумопонижающих эффектов
Для проведения топологических акустических исследований панелей кузова легкового автомобиля предлагается использовать STSF-технологию идентификации доминирующих источников излучения звуковой энергии с последующей их модификацией (STSF - Spatial Transformation of Sound Fields) [194, 222, 225, 232]. С этой целью целесообразно использовать комплекс акустических камер (излучающей - реверберационной и приемной - заглушённой безэховой), сообщающихся соединительным измерительным окном (рис. 2.3.1) [48-50, 55,106, 117]. При проведении исследований крупногабаритный фрагмент вырезается из полноразмерного окрашенного кузова автомобиля. Штатные коммуникационные отверстия герметизируются заглушками из вибродемпфирующего материала типа ISO-7 (см. приложение М), что имитирует их перекрытие штатными коммуникационными элементами систем и агрегатов автомобиля. Фрагмент кузова автомобиля герметично и неподвижно интегрированный в структуру измерительной рамки, монтируется в соединительном проеме акустических камер с применением встраиваемых шумоизолирующих модулей и уплотнительных узлов. Интегрирование исследуемого фрагмента кузова и установочной измерительной рамки обеспечивается с помощью плоских стальных пластин толщиной 5 мм, образующих беззазорное сопряжение посадочного места под исследуемый объект. На плоские поверхности стальных пластин, замыкающие внешний контур щитка передка с встречными торцевыми зонами каркаса рамки, устанавливаются два слоя вибродемпфирующего материала ISO-7 (см. приложение М) и слой звукопоглощающего материала ШИМ-20К/1 (производства ЗАО «ПО Искож», г. Нефтекамск). Для демпфирования несущего каркаса изме рительной рамки он изготавливается из пустотелой трубы квадратного сечения, внутренняя полость которой заполняется сыпучим вибродемпфирующим веществом (сухим кварцевым песком). При проведении исследований в пространстве излучающей ревербераци-онной камеры с использованием 16 громкоговорителей возбуждается диффузное звуковое поле, спектрального состава типа «белый шум» (в диапазоне частот 20...20000 Гц). Звуковое давление в приемной (безэховой) акустической камере регистрируется с помощью массива, состоящего из 36 измерительных микрофонов.
Измерения физических параметров звукового поля проводятся в приемной камере по воображаемой поверхности площадью 1,6x0,6 м2 с выбором расстояния между отдельными измерительными микрофонами в массиве равным - 0,1 м. Расстояние от поверхности исследуемого фрагмента кузова устанавливается равным 1 м. Перемещение массива измерительных микрофонов производится с помощью автоматизированной системы позиционирования, состоящей из блока управления, механизма перемещения и несущей траверсы. Обработка данных и расчет физических параметров звукового поля объекта исследований производится с использованием программного обеспечения «STSF». После определения уровней звуковых давлений в измерительной плоскости, путем сложения ортогональных компонент волнового числа и двухмерного преобразования Фурье определяется направление распространения звуковых волн. На следующем этапе рассчитывается топологическая карта уровней звуковых давлений в параллельной плоскости (относительно плоскости измерения) на малом расстоянии относительно длины звуковой волны. Уровень интенсивности звука Lt вычисляется с использованием следующей зависимости: _ р(пл) + р(пар) L„,„„x L где Lp(lvl) и Lp(nap) - соответственно, уровень звукового давления в плоскости измерения и в параллельной ей плоскости на расстоянии АН (м), дБ; р0 - плот 5 ность воздуха, кг/м ; Тим — время проведения измерения, с. С использованием известных зависимостей между физическими параметрами звуковых полей рассчитываются величины уровней звуковой мощности и уровней колебательной скорости звука. После построения топологических акустических карт с соответствующим распределением локализированных зон наибольшего излучения звуковой энергии может проводиться расчетная модификация объекта исследования для оценки потенциальных шумопонижающих эффектов. Модификация включает процедуру «гашения» отдельных поверхностных зон объекта исследований путем модификации топологической карты колебательной скорости частиц, рассчитанной после измерения уровней звуковых давлений в измерительной плоскости. Экспериментальные исследования термонагруженности виброшумодемп-фируемых панелей кузова автомобиля проводятся с использованием аэроклиматической трубы, оборудованной динамометрическим стендом с беговыми барабанами (рис. 2.4.1). В этом случае, появляется возможность устанавливать и стабилизировано поддерживать в широком динамическом диапазоне имитируемые скоростные и нагрузочные режимы движения, а также воздействующие на автомобиль внешние климатические условия [118]. При исследованиях термонагруженности виброшумодемпфируемых панелей кузова легкового автомобиля в рабочем пространстве аэроклиматической трубы задаются дискретные значения постоянных температур окружающего воздуха: -10, 0, +10, +20, +30 С (что примерно соответствует диапазону изменения среднемесячной температуры в средней полосе России -12.. .+26 С). Скорость набегающего воздушного потока в аэроклиматической трубе и его температура задаются аналогичными скорости имитации движения исследуемого образца легкового автомобиля (50.. .100 км/ч) на динамометрическом стенде.
При экспериментальных исследованиях производится имитация следую щих скоростных и нагрузочных режимов движения автомобиля: - режим №1 - интенсивный разгон с полностью открытой дроссельной заслонкой (полная нагрузка двигателя) в диапазоне изменения оборотов двигателя /1 =1500...5000 об/мин, при включенной 3 передаче коробки передач (КП); - режимы №2 и №3 - постоянная (равномерная) скорость движения автомобиля 60 км/ч и 100 км/ч, с частичной нагрузкой двигателя, соответственно, на 4 и 5 передаче КП; - режим №4 - постоянная скорость движения автомобиля с частичной нагрузкой (близкой к полной), с имитацией 10% подъема в гору на скорости 50 км/ч, на 2 передаче КП. Рисунок 2.4.1 - Схема аэроклиматической трубы, используемой при определении эксплуатационных температур виброшумодемпфируемых панелей кузова легкового автомобиля 1 — вентилятор; 2 — поворотные лопатки (делители потока); 3 - тракт передачи и рециркуляции; 4 - увлажнитель воздуха; 5 - теплообменник; б —рабочее сопло; 7 -устройство имитации солнечной радиации; 8 - устройство имитации теплового излучения от дороги; 9 - динамометрический стенд с беговыми барабанами; 10 - система удаления отработавших газов; 11 — исследуемый образец автомобиля При задаваемых значениях температур окружающего воздуха в рабочей зоне аэроклиматической трубы, равных -10 и 0 С, осуществляется подача воз
Метод определения характеристик колебаний и звукоизлучения крупногабаритных тонколистовых структур панелей кузова
Для исследования характеристик колебаний и звукоизлучения крупногабаритных тонколистовых структур панелей кузова целесообразно использовать лабораторно-стендовую установку «RTC-3» (рис. 2.9.1), состоящую из двух сообщенных камер: камеры возбуждения 1 и приемной камеры 2 [112]. В верхней части камеры возбуждения 1 эластично подвешивается жесткая монтажная рамка 4, к которой по периметру, с помощью специального зажима, закрепляется образец исследуемой структуры 5. В качестве объекта испытаний используется тонколистовая (толщиной 0,8 или 1 мм) панель из стали 08 кп размером 495x610 мм, с последующим монтажом на ее поверхности образца исследуемого вибродемпфирующего и/или звукоизолирующего материала (детали). К нижней части рамки 4 присоединяется электродинамический вибратор 6, который передает вибрационное возбуждение сигналом «белый шум» через монтажную рамку 4 на образец исследуемой структуры 5. Между монтажной рам кой 4 и электродинамическим вибратором 6 устанавливается датчик 7, регистрирующий величину силы входного возбуждения. На тыльную поверхность исследуемой структуры устанавливаются акселерометры 8, а в верхней части приемной камеры - измерительный микрофон 9, которые регистрируют уровни виброускорений и уровни звуковых давлений (в диапазоне частот 20...400 Гц), как отклик на приложенное вибрационное возбуждение. Рисунок 2.9.1 - Схема лабораторно-стендовой установки «RTC-3» / — камера возбуждения; 2 - приемная камера; 3 — шумопоглощающие элементы; 4 — жесткая монтажная рамка; 5 — образец исследуемой структуры; б — электродинамический вибратор; 7 — датчик силы; 8 — акселерометры; 9 — измерительный микрофон; 10-генератор сигналов; 11 —усилитель мощности; 12 — частотный анализатор; 13 — компьютер с программным обеспечением «RTC»
Оценка передачи генерируемой вибрационной энергии подводимой к образцу исследуемой структуры и его звукоизлучения производится на основе анализа передаточных функций «сила-вибрация» Ну и «сила-шум» HN, которые рассчитываются следующим образом: ное в контрольной точке исследуемой структуры, м/с2; рпр - звуковое давление, зарегистрированное в пространстве приемной камеры, Па; л0=10"6 м/с2 - пороговое значение виброускорения; ро=2 10"5 Па - пороговое значение звукового давления; Feu6 - возбуждающая сила, замеренная на штоке динамического вибратора, Н; FQ=\ Н- пороговое значение возбуждающей силы. Для определения картины поверхностного распределения динамических деформаций перфорированного вибродемпфирующего покрытия, смонтированного на не закрепленной стальной тонколистовой панели, может быть использовано программное обеспечение «MSC.Partran» [112]. При проведении моделирования создаются конечно-элементные модели исследуемых композитных структур, содержащих несущую тонколистовую панель размером 0,5x0,5 м и смонтированное на ее поверхности вибродемпфи-рующее покрытие жесткого или армированного типа. При этом моделируются варианты композитных структур как со сплошными (неперфорированными) вибродемпфирующими покрытиями, так и различные варианты их модифицированных исполнений (различных вариантов перфорации). Физические параметры составных слоев моделируемой композитной структуры представлены в таблице 2.10.1.
Модели несущей тонколистовой панели и армирующего слоя выполняются оболочечными элементами типа «Quad4» и «ТгіаЗ», при этом задаются опции: «Homogeneous - Standart Formulation». Модель вязкоэластичного слоя представляется четырьмя слоями объемных элементов типа «Нех8», при этом также задаются опции: «Homogeneous - Standart Formulation». Свойства всех материалов модели задаются как изотропные. В расчетной модели, в соответствие с поставленными целями, не учитываются заданные параметры демпфирующих характеристик материалов, а также отсутствует приложение граничных условий, что позволяет исключить количественные влияния конкретных типов (структурных и химических составов) материалов вибродемпфирующих покрытий и игнорировать какие-либо конкретизированные внешние динамические воздействия (нагружения). Характеристики клеевого адгезионного сопряжения между поверхностями вязкоэластичного слоя и несущей пластины, вязкоэластичным слоем и армирующим слоем — не моделируются, т.о. принимается условие, что относительный сдвиг сопрягаемых поверхностей равен нулю. При расчете модели задается тип решения - «Normal Modes». Расчеты собственных частот и соответствующих им мод изгибных колебаний, образованных слоистых композитных структур, выполняются в расчетном пакете «MSC.Nastran», реализующем метод конечных элементов в диапазоне частот 1.. .300 Гц. 1. Предложены имитационные методы экспериментальных исследований внутреннего аэродинамического шума автомобиля, генерируемого набегающим воздушным потоком, путей воздушной передачи звуковой энергии в пассажирское помещение автомобиля из зашумленных пространств (моторного отсека, багажного отделения и снаружи кузова). 2. Предложены методы комплексных акустических и температурных топологических исследований панелей кузова с использованием комплекса сообщающихся акустических камер (излучающей - реверберационной и приемной
Ранжирование акустических материалов по категориям шумопонижающей эффективности
Ранжирование акустических материалов по категориям шумопонижающей эффективности проводилось на основе результатов экспериментальных исследований виброакустических показателей, выполненных с использованием ла-бораторно-стендовых установок микроакустики (см. главы 2.6-2.8). По полу ченным результатам экспериментальных исследований был проведен статистический анализ замеряемых виброакустических показателей («„ г, tjKn). В частности, определялись значения математического ожидания (Хм), значения верхней (+Х) и нижней (-Х) границ доверительного интервала для каждого из замеряемых показателей. Исследованные образцы акустических материалов распределялись по категориям «высокой» эффективности (категория экстра), в которых значения оцениваемого виброакустического показателя находятся выше верхней границы (+Х) доверительного интервала, категории «повышенной» эффективности (категория 1) — выше значений математического ожидания (Хм) в интервале {Хм+Х), категории «средней» эффективности (категория 2) — ниже значений математического ожидания (Хм) простирающегося вплоть до нижней границы (-Х) доверительного интервала и категории «низкой» эффективности (категория 3) — ниже значений нижней границы (-Х) доверительного интервала. Отнесение конкретной марки звукопоглощающего материала к той или иной категории шумопонижающей эффективности Кэф лимитировалось минимальными значениями показателя «реверберационный коэффициент звукопоглощения» аг, замеренными с использованием лабораторно-стендовой установки «Кабина Альфа» в диапазоне октавных полос частот 500...8000 Гц. Катего-рийность звукоизолирующих материалов лимитировалась минимальными значениями показателя «способность к звукоизоляции» г, замеренными с использованием лабораторно-стендовой установки «Башня Пиза» в диапазоне 1/3-октавных полос частот 400...6300 Гц. Категорийность вибродемпфирующих материалов лимитировалась минимальными значениями показателя «приведенный композитный коэффициент потерь» цкт определенными с использованием лабораторно-стендовой установки «Оберет» при различных контролируемых температурных режимах.
В частности, ранжирование жестких типов вибродемпфирующих материалов производилось в диапазоне температур +20...+40С, а армированных вибродемпфирующих материалов - в диапазоне температур +20...+80С. Таким образом, конкретная марка автомобильного акустического материала относилась к той категории шумопонижающей эффективности КЭ1р, которая определялась полосами частот или полосами температур, обладающих наименьшими зарегистрированными значениями соответствующего виброакустического показателя (аг, г, пк ). С целью ранжирования звукопоглощающих материалов по категориям шумопонижающей эффективности Кэф были проведены исследования 75 марок плосколистовых материалов 24 производителей (19 - отечественных и 5 -зарубежных) [120]. Исследованные марки материалов отличались типом структуры пористого слоя (вспененный, волокнистый), наличием или отсутствием защитно-декоративного облицовочного слоя, толщиной пористого слоя в пределах 5...60 мм, удельным поверхностным весом в пределах 0,1...6,0 кг/м . Образцы материалов обладали различной плотностью, пористостью, извилистостью пор, удельным сопротивлением воздушному потоку и пр. При испытаниях размер исследуемых образцов материалов составлял 1200x1000 мм. Торцевые зоны образцов беззазорно закрывались металлическими звукоотражаю-щими пластинами. Технические параметры некоторых марок исследованных звукопоглощающих материалов представлены в приложениях А, Б. Результаты экспериментальных исследований позволили определить, что достигнутые значения показателя аг в диапазоне октавных полос частот 2000...8000 Гц для материалов категорий Э и 1 являются весьма высокими и составляют 0,53.. .1,17 (рис. 3.3.1).
В диапазоне октавных полос частот 500.. .1000 Гц отмечаются существенные отличия между указанными категориями (до 0,65), при этом абсолютные значения показателя аТ лежат в диапазоне 0,17...1,05. Материалы категории 3 (частично категории 2) обладают существенно более низкими значениями показателя ат во всем контролируемом диапазоне частот 500.. .8000 Гц.
