阻尼压筋板的振动及其辐射噪声研究

　　1 引 言

　　在实际工程中,振动环境往往比较复杂,控制结构的辐射噪声就显得非常重要。粘弹材料的阻尼处理是重要手段之一,可以在较宽的频带范围内起作用[1,2],但是,一方面粘弹阻尼材料性能随温度和频率的影响较大,另一方面,材料在较高频域下的动态性能数据又无法直接测得,这样就使得预测材料阻尼后宽频域中的减振降噪效果比较困难。

　　本文针对粘弹材料阻尼处理对压筋板辐射噪声的影响,首先结合统计能量分析的方法进行了理论分析,探讨了从材料阻尼性能和结构参数预测阻尼结构总损耗因子及其辐射噪声衰减量的可行性。并将预测分析的结果与试验所得结果进行了对比分析,得到了基本一致的结果。

　　2 材料阻尼对结构辐射噪声影响的预测分析研究

　　在振动和噪声控制工程中,统计能量分析方法(SEA)是用来预测结构振动和声辐射响应的主要工具[2,3]。由于结构的振动和声辐射能力与结构材料的阻尼、边界条件、激励方式等都有关系,尤其是结构阻尼的影响,一般是金属结构采用粘弹性材料进行阻尼处理,而粘弹性材料受温度和频率的影响较大,使得阻尼效果随温度和频率也有所不同,给预测宽频带中的振动响应和声辐射增加了困难。

　　对引入粘弹阻尼材料的结构来说,预测结构的振动响应和声辐射的主要困难在于:(1)高频下(测试范围之外)准确的材料阻尼性能数据无法直接获得。(2)实际振动结构形状、尺寸的不规则,很难准确估算结构阻尼,边界条件所引起的阻尼也很难确定,这些因素直接影响到预测结果的精度。

　　2.1 结构振动及其辐射噪声的统计能量分析模型

　　在室内空间中振动结构的噪声辐射特性可以采用统计能量分析理论来分析。两个子系统分别是钢板和室容积。定义钢板为子系统1,室容积为子系统2。

　　结构振动及其声辐射的SEA模型如图1所示,根据两个子系统的能量平衡方程可求得结构的总损耗因子为:

其中,η1为振动结构的内部损耗因子。η12是由结构振动与声辐射之间的耦合损耗因子。

　　2.2 钢板结构的内部损耗因子

　　钢板结构的内部损耗因子主要是其结构阻尼,与其结构材料特性密切相关。另外,还包括附加的非线性阻尼,与结构的边界条件有关。这两种阻尼机理相互独立地起作用,所以,钢板结构的内部损耗因子为:

其中ηs是结构自身内部与能量耗散有关的损耗因子,与结构的粘弹性阻尼有关;ηj是与结构边界处的能量耗散有关的损耗因子。

　　对于船用压筋板,因板上带有压筋可采用修正的Oberst公式进行计算,以修正压筋的影响。首先,采用材料阻尼性能总曲线图来推算出室温下各倍频程中心频率下的材料损耗因子和杨氏模量,然后就可以计算对应倍频程下阻尼处理后的结构阻尼。