Деформация сдвига

На рис. 51 показана стальная пластина, соединенная со слоем поглощающего звук вещества, например со слоем синтетической резины. Пластина может излучать звук, колеблясь как целое, однако чаще излучение обусловлено изгибными колебаниями пластины. При изгибании пластины резиновый слой также изгибается и, как следует из геометрических соображений, наружная поверхность резины растягивается при изгибании пластины в одну сторону и сжимается при изгибании в противоположную сторону. Рассеяние или поглощение энергии происходит в результате потерь на внутреннее трение при продольных растяжениях и сжатиях резины. Представим теперь, что к наружной стороне резинового слоя приклеен тонкий металлический лист. При изгибании пластины резиновый слой не сможет растянуться или сжаться потому, что он приклеен к тонкому металлическому листу, обладающему большим сопротивлением растяжению. Это означает, что резиновый слой окажется сильно перекошенным, то есть он испытает большие сдвиговые деформации. Все знают, что согнуть резиновый лист сможет и ребенок, но, чтобы сдвинуть одну поверхность относительно другой на значительное расстояние, потребуются гораздо большие силы. По этой причине «армирование» сильно повышает эффективность демпфирования; при этом тонкий слой резины может оказаться выгоднее толстого, так как в нем сдвиговые деформации будут иметь большую величину.

Приклеивание куска или кусков металлического листа к панели с поглотителем может быть очень эффективным при правильном подборе размеров листа и положения приклейки; эффективность будет зависеть также от частоты. Отсюда, однако, не следует, что обработка поглощающими материалами без армирования ничего не дает: существует много патентованных покрытий, которые легко наносятся на заглушаемую поверхность и часто обеспечивают достаточное поглощение колебаний. Помимо резины, можно применять и другие материалы. Используют целый набор веществ от смесей смол до войлока. Один хорошо известный поглощающий материал похож по внешнему виду на овсянку и имеется в продаже либо в жидком виде, либо в виде самоприклеивающихся листов. В последнем случае его удобно приклеивать к слою звукопоглощающей неопреновой пены, убивая таким простым способом сразу двух зайцев. Несколько легче и дешевле покрытие из двух слоев стеклянной ткани, приклеенной к стали специальной смолой. При этом также достигается огромная жесткость композита, далеко превышающая жесткость стали или стекловолокна в отдельности. При надлежащем выборе смол можно получить и термостойкое демпфирующее покрытие.

Все же армированный сандвич сталь — резина — сталь обладает множеством преимуществ. Имеются такие конструкции, состоящие из стального листа калибра 20 (толщина 0,95 мм), склеенного смолой с листом калибра 26 (толщина 0,48 мм), что дает общую толщину (около 1,6 мм), соответствующую калибру 16. Существуют также материалы, склеенны из многих слоев резины и алюминия. К сожалению их жесткость на изгиб мала, а изготовление их затруднительно. Штамповать эти материалы до сих пор не удается, потому что один из слоев образует складки или трескается. Проводятся опыты по раздельной штамповке слоев и их последующей склейке. При сварке таких композитных листов «начинка» выгорает, а шов получается слабым, потому что зачастую скрепляется только один из слоев сандвича.

Демпфирование широко применяется для снижения шума в механизмах всех видов. Нанесение демпфирующих покрытий снижает шум на 10 дБ и более во всех случаях, когда звук излучается легкими панелями. Если панели можно спроектировать таким образом, чтобы их резонансная частота нигде не совпадала с частотами исходного возмущения, этого может оказаться достаточно. Общеизвестный пример демпфирования панелей — это обесшумливание автомашин «седан» и вообще дорожных транспортных средств. Панели крыши, пола, капота мотора и крышки багажника — все они обладают множеством резонансов, и демпфирование может принести большую пользу. Применение демпфированных композитных стальных листов позволит снизить шум дорожных перфораторов децибел на 7, при условии что предварительно заглушён шум выхлопа отработанного воздуха. С акустической точки зрения наилучшая композитная стальная конструкция — это полый лист, заполненный свинцовой дробью. Однако на практике такая конструкция не годится, так как при нагревании дробь сплющивается. Пробовали применять в качестве заполнителя медь, марганец, чугун, но это не дает таких же результатов.

Резонансы в твердых телах не единственный тип резонансных колебаний. Вспомним резонаторы Гельмгольца, описанные в гл. 8. Любой замкнутый объем воздуха способен совершать резонансные колебания, и в зависимости от формы и размера объема мы можем встретиться с одной, а чаще с целым рядом резонансных частот. Теоретически способ борьбы с резонансами прост: следует либо задемпфировать колебания, например с помощью волокнистых или пенистых материалов, либо конструктивным путем вывести резонансные частоты из опасной области. Чем больше размер воздушного объема, тем ниже резонансная частота, и обратно. Крупные полости ведут себя подобно малым помещениям, и в них могут установиться нормальные колебания, описанные в гл. 10. При наличии «горлышка», соединяющего объем с внешней атмосферой, как в резонаторе Гельмгольца, частота тем выше, чем горлышко шире. Не следует упускать из виду того обстоятельства, что задемпфированный резонатор Гельмгольца весьма эффективно поглощает звук, а это может оказаться очень полезным в некоторых случаях.

Итак, есть три направления борьбы с шумом механизмов. Если не удается сгладить исходные возмущения, то, наверное, возможно избежать их усиления в результате резонанса, либо вводя демпфирование, либо избавляясь от резонанса путем изменения конструкции. Если и это не удается, можно воспрепятствовать излучению звука, по возможности устраняя контакты между источником возбуждения и всеми другими частями механизма. В общем руководствуйтесь здравым смыслом!

[26] Термин «резина» подразумевает здесь наряду с натуральной резиной самые различные полимерные материалы.

Поиск по сайту: