Введение к работе
Актуальное ть_Г 0 [!21Ы
В настоящее время к машинам и оборудованию как к источникам пума предъявляются все более высокие требования. С одном стороны то обусловлено экологическими соображениями (шум занимает третью троку в списке экологических проблем), с другой — чувствительностью : шуму и вибрациям физических приборов и электронной аппаратуры, юторые размещаются пблизи или внутри машин. Мощность шума, измученного машиной, составляет лишь малую долю от ее номинальной лошности (порядка 10 9-10 6). Однако тенденции развития совремешю-х> машиностроения таковы, что, несмотря на усилия ученых и ннжене-эов, эта доля неуклонно увеличивается. Поэтому проблема шума и вибраций машин становится все более актуальной.
Исторически решение проблемы шума и вибрации машин начинаюсь с разработки внешних средств подавления шума и вибраций уже :озданных машин - - это амортизаторы, звукоизолирующие кожухи, поглотители, заграждения и т. п. Однако уже в 50-60-х годах стало ясно, что этого недостаточно и что проблему нужно решать на более ранних стадиях создания машины, в частности, ее проектирование должно включать внброакусткческие критерии качества. К 80-м годам на сты ке теории машин и механизмов, динамики и акустики сформировалось новое научное направление, называемое акустикой машин (машиностроительной акустикой, акустической динамикой машин и др.), которое интенсивно развивалось в Институте машиноведения РАИ, ЦНИИ им. Л. II. Крылова, .Акустическом институте им. Н. Н. Андреева, Ml ТУ им. II 'У. Баумана, Берлинском институте темп песячій акз'стикн м других организациях. Главной целью этого направления является ргпрябот-ка основ проектирования малошумных механизмов, мшиип и учлон.
Ключевой и наиболее трудной задачей акустики машин является разработка метода прогнозирования шума как инструмента проектн-
ровании по акустическим критериям. Чтобы оценить акустическую ак тивность проектируемой машины или узла, оптимизировать его пара метры и в конечном итоге найти наименее шумный вариант его испол нения, необходимо уметь достаточно точно рассчитывать акустически поля в тех или иных эксплуатационных условиях и вырабатывать нуж ныс критерии акустического качества машины.
Б последние годы развитие современной техники (космонавтикі авиации) сопровождается переходом на легкие тонкостенные копсп рукции. Как показали исследования, в таких конструкциях имеет мест тесное взаимодействие возмущений акустической среды (воздуха) вибраций самой конструкции, существенно влияющее на законы (poj мирования звуковых полей и на характеристики их источников (mj шин). Для прогнозирования шума в таких условиях требуется учс взаимодействия машины с упругой конструкцией через среду, а в ак стические критерии качества при проектировании машины должн быть включены не только параметры самой машины, но и ее упругие акустические связи. В отличие от упругих связен, свойства которь давно изучаются и имеются достоверные результаты, свойства акуст ческих объемов, взаимодействующих с элементами машин, и их вли :ше на формирование виброакустического поля и характеристики с мого источника мало исследованы.
В связи с этим в данной работе была поставлена и решена следу тая задача современной теории механизмов и машин: определить : висимость акустической мощности машины от свойств окружающ упругих конструкций и акустических объемов. Основным результат работы является теоретическое и экспериментально".- обнаружение исследование эффекта существенного усиления акустической мощі стп машины, механизма или отдельного их элемента при работе в oq ііичєнном пространстве. Даже в обычных условиях эксплуатации таї усиление мощности, а следовательно и шумностн, может составлять : рядки. В диссертации показано, что акустическая мощность яв*яе
надежным критерием акустического качества механизмов и машин в целом и их отдельных элементов, учитывающим не только свойства самого источника шума, но и условия его эксплуатации. Описан класс машин и механизмов, в которых внутренние механические источники шума работают в акустически неблагоприятных условиях; рассчитаны таблицы и графики зависимости акустической мощности механического источника в типовых эксплуатационных условиях.
Целью работы является количественное исследование акустической мощности машины в присутствии твердых и/или упругих отражающих поверхностей и рассеивателей и изучение эффекта ее усиления.
Научная новизна.
-
Впервые рассчитана акустическая мощность компактного источника звука, расположенного вблизи отражающих и рассеивающих поверхностей.
-
Обнаружен и исследован эффект существенного (на порядки) увеличения акустической мощности компактного источника звука. Дано экспериментальное подтверждение этого эффекта.
-
Предложен метод оценки акустической мощности машины (механизма) с помощью энергетических корректировочных коэффициентов, учитывающий условия эксплуатации. Для типовых модельных конфигураций установки машины рассчитаны соответствующие таб-\ицы и графики.
Практическая ценность работы..
Приведенные результаты исследований нужны при разработке машин, механизмов и их элементов с точки зрения акустических критериев качества, а также для прогнозировании их шумовых характеристик в конкретных условиях эксплуатации.
Предложенный метод энергетических корректировочных коэффициентов повышает точность прогнозирования шума машин в помещениях.
Методика исследования.
В ходе исследований применялись классические методы решения краевых задач математической физики. При вычислении функции Грина упругой пластины использовалась методика разложения по собственным функциям.
Использован численный алгоритм на основе метода эквивалентных источников, разработанный в Лаборатории структурной акустики Института машиноведения РАН.
Экспериментальное исследование акустической мощности проводилось в соответствии с международным стандартом ISO 9614.
Апробация работы.
Результаты работы докладывались и обсуждались в 1997 году на VI сессии Российского акустического общества «Акустика на пороге XX] века» в г. Москве; в 1999 году на объединенном заседании Американского акустического общества и Европейской ассоциации акустиков і г. Берлине; в 2000 году на международной конференции по энергети ческим методам прогнозирования шума и вибраций, NOVEM2000, г Лион; на Всероссийской конференции по авиационной акустике в г Дубна; на научных семинарах ИМАШ РАН.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Установлено, что акустическая мощность компактного источник! зпука около твердых поверхностей и упругой пластины может уве личиваться на порядок и более вследствие резонансов акустическої полости, ограниченной соответствующими поверхностями, и резс нансов упругих колебаний пластины.
-
Обнаружен и исследован новый эффект существенного увелнчени акустической мощности источника со сложной формой колебани поверхности в низкочастотном диапазоне — эффект «пониженії порядка и точника».
3. На базе метода эквивалентных источников разработана методика (расчетные модели, алгоритмы) определения акустической мощности источника шума компактной геометрии. Получены значения энергетических корректировочных коэффициентов для типовых модельных конфигураций установки источника (машины, механизма).
Публикации. По основным результатам диссертации имеется 5 пуб-шкаций (см. список в конце автореферата).
Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, іаключения и списка литературы. Объем диссертации составляет 129 гграниц (включая 95 страниц основного текста и 47 рисунков на 34 границах). Список литературы содержит 80 наименований.
