隔声去耦材料声学性能试验研究_图文

1、 2008年 第 27卷 第 7期 传感器与微系统 (Transducer and M icr osyste m Technol ogies 隔声去耦材料声学性能试验研究姚熊亮 , 张 煦 , 钱德进 , 张阿漫(哈尔滨工程大学 船舶工程学院 , 黑龙江 哈尔滨 150001摘 要 :以大尺度双层圆柱壳体结构为试验模型 , 通过比较全部敷设 、 部分敷设 、 不敷设隔声去耦材料等 工况下的声辐射响应来研究隔声去耦材料声学性能 , 为实艇敷设隔声去耦材料提供参考 。在研究结构的 声辐射特征时 , 分别从模型结构的辐射声源级 、 频带声源级 、 声源指向性等几个方面来考察辐射声场 , 并讨 论了部

2、分敷设时的声场特征 。 结果表明 :隔声去耦材料能显著减小水下结构的辐射噪声 , 且高频效果优于 低频 , 合理的部分敷设也能获得满意的降噪效果 , 但在低频单点激励作用下的效果较差 。关键词 :隔声去耦材料 ; 声学性能 ; 试验研究中图分类号 :U661. 44 文献标识码 :A 文章编号 :1000-9787(20080 07-Exper im en t research ofof separa te 2ter i a l Y AO Xi Z 2jin, Z HANG A 2man(School i n i n i n Eng i n eer i n g Un i versity, Ha

3、rb i n 150001, Ch i n a2s and decoup led material is used t o decrease the sub marine s ound radiati on . I n order t o the material capacity, an experi m ent is perf or med and the experi m ental model is a large double cylindrical shell s o that it more near t o the real sub marine . According t o

4、 the material coating, the experi m ent is divided t o several work occasi ons:full 2coated, part 2coated and no 2coated, and the material capacity is evaluated by comp rising the s ound radiati on in different work cases . W hen researching the structure s ound radiati on, its s ound s ource level,

5、 s ound band s ource level and s ource directi on are discussed, and the influence of the part 2coated is als o discussed . The results show that the material can decrease the under water structure s ound radiati on obvi ously, and reas onable part 2coated can als o decrease s ound, but its capacity

6、 is weak when objected t o l ow 2frequency machine exciting .Key words :separate 2s ound and decoup led material; acoustic capacity; experi m ental research0 引 言隔声去耦材料是一种特殊的多孔粘弹材料 , 其特殊的 材料属性和结构形式使其同时具有阻尼 、 隔声 、 吸声 、 去耦 功能 。 如果将其敷设于水下航行壳体表面将能有效地降低 艇体的辐射噪声 , 因此 , 研究隔声去耦材料声学性能对于水 下航行体隐身性具有很重要的意义 1。加筋双

7、层圆柱壳体是水下航行器的主要结构形式 , 它 的水下振动和声辐射问题一直受到人们的关注 25, 对其 理论分析时 , 对模型理想化的假设很多 , 所以 , 对圆柱壳体 的声场耦合振动的试验研究也历来被研究者所重视 。 本文 通过模型实验手段 , 以一个大尺度双层圆柱结构为试验模 型来研究隔声去耦材料对结构水下声辐射的影响 。试验 中 , 设计了全部敷设 、 部分敷设 、 不敷设等工况 , 通过比较不 同敷设情况下结构的声辐射来研究隔声去耦材料的声学性 能 , 为数值仿真研究和实艇隔声去耦材料的敷设提供参考 。 1 试 验本试验的试验模型为一双层圆柱壳体 , 隔声去耦材料 敷设在壳体表面 , 测

8、量模型在各种激励作用下的辐射声场 , 整个试验系统如图 1所示 。试验工况按照去耦材料的敷设情况和内外壳的结构形 式分为 4种 (见表 1 。 激振方式有 3种 :1 激振器单频信 号激振 ; 2 激振器白噪声信号激振 ; 3 空气噪声声源白噪 声信号激振 。 由于模型在周向对基座是对称的 , 所以 , 辐射 声场也是对称的 , 测量时 , 只需测量 180范围内的声场 , 其 他部分可通过对称得到 。 实际操作时旋转模型 180, 通过 布置在模型周围的 7个水听器来测量结构的辐射声压 。收稿日期 :2008-02-141 3 传 感 器 与 微 系 统 第 27 卷图 1 试验模型示意图F

9、 i g 1 Sche ma ti c d i a gram of exper i m en t a l m odel表 1 试验工况Tab 1 Exper i m en t ca ses工 况 工况描述 简 称 1单壳时内壳全部敷设隔声去耦材料 壳 23双层壳时内壳4不敷设2 结果分析评价隔声去耦材料性能最直接的方法就是比较不同敷 设工况下结构模型的水下声辐射 , 但模型结构的水下声辐 射特性是很复杂的 , 应采用合理参量来评价模型结构的声 辐射水平 , 也就是检验参数的确定 。2. 1 总声源级分析模型声辐射强弱与其总声源级的关系最大 , 在表 2中给出 了不同激励情况下敷设隔声去耦材料前

10、后模型结构总声源级 比较 , 其中 , 差值 (d B =不敷设 (d B -全部敷设 (d B 。 从表 2可以看出 :敷设隔声去耦材料对低频激振器单 频激振的降噪效果不理想 , 甚至反而增加了结构的辐射强 度 , 特别在 100Hz 单 频 激 振 时 反 而 增 加 结 构 总 声 源 级 9. 7d B 。 在 200Hz 以上中高频时 ,声降低 , 但 Hz低100带 空 气 声 源 激 励 时 , 降 低 了 6. 。 隔声 :1 高频效果优于低频 ; 2 单频机 械激振效果不理想 , 其降噪作用主要集中在高频 ; 3 具有明 显的隔声降噪作用 。表 2 总声源级比较Tab 2 C

11、om par ison of tot a l sound source level2. 2 声源级频率特性分析在图 2中给出了几种典型激振频率下的敷设前后频带 声源级直方图比较 , 图中所反映出的降噪效果与总声源级 比较分析结果相似 。 另外 , 还可以看出 :模型声辐射主要集 中在激励频率范围内 , 其中 , 图 2(a 和图 2(b 中敷设前后 声辐射的频域分布基本不变 , 图 2(c 主要在高频段降低辐 射噪声 , 图 2(d 除了 160500Hz 频段外其他频率噪声成分 均有明显降低 。可见隔声去耦材料主要降低高频噪声成 分 , 而且 , 对机械激励下的噪声频域分布影响不大 。2.

12、3 敷设部位对降噪效果的影响在某些情况下 , 实艇不允许全部敷设隔声去耦材料 , 如 果敷设方案合理 , 合理的部分敷设同样可以达到较理想的 效果 , 因此 , 本试验也考察了部分敷设工况下模型结构的声 辐射特性 。 在表 3中给出了 2种工况下总声源级比较 , 可以 看出 :部分敷设对结构声辐射的量级大小影响不大 。由此 可见 , 部分敷设对结构整体降噪效果并不明显 , 如果要减小 结构的辐射 , 在条件允许的情况下应尽量选择全部敷设 。部分敷设的主要目的是改变结构声辐射的指向性分 布 , 在图 3中给出了部分敷设和不敷设 2种工况下声源的指 向性曲线 。 首先 , 分析图 3(d 中空气声

13、源激励 , 由于激励声 源位于模型几何中心 , 故不敷设工况下的曲线几乎没有指 向性分布 , 也就是曲线近似为一个圆 , 部分敷设隔声去耦材 料后 , 结构声辐射降低了 , 并且 , 辐射部位明显低于未敷设 部位 , 可见隔声去耦材料能明显 “ 阻隔 ” 声波的通过 , 体现出 有类似 “ 隔声罩 ” 的功能 。 但是 , 图 3(a 、 图 3(b 、 图 3 (c 中噪声降低的部位并不确定 , 这种规律似乎并不明显 , 也就 是说 , 对于单点机械激振敷设部位并不一定对应着声辐射 的主要降低区域 。 对于空气声源激励隔声去耦材料的作用 只是单纯的 “ 阻隔 ” 声波的传播 , 对于机械激振

14、则是多种机 理共同作用的结果 , 其降噪作用比较复杂 , 噪声的降低区域 与隔声去耦材料敷设部位间无明显规律 , 但以现有的试验 数据还无法确定它们间的关系 , 这个问题有待于结合进一 步的数值仿真试验来解决 。23第 7期 姚熊亮 , 等 :隔声去耦材料声学性能试验研究 图 2 F i g 2 Com par ison of sound band 2no 2coa ted3Com par ison of tot a l sound source level激振器单频142. 1143. 4153. 0124. 6不敷设 (d B 132. 8149. 0153. 7144. 4148. 21

15、46. 8164. 5144. 3145. 4155. 6127. 5差值 (d B 0. 2-5. 6-3. 2-1. 1-0. 6-1. 04. 02. 21. 92. 52. 9 图 3 部分敷设和不敷设工况声压周向分布 (dBF i g 3 Com par ison of sound source d i recti on betweenpart 2coa ted and no 2coa ted(dB3 结 论1 隔声去耦材料能显著降低水下结构辐射噪声 。能降低 200Hz 以上机械激振作用下的结构辐射噪声 410d B, 能有效 “ 阻隔 ” 宽带白噪声声波 , 从而减小声辐射 6d

16、 B 左右 ;2 隔声去耦材料降噪效果中高频效果优于低频 , 即主要控制中高频激励下的辐射噪声 ;3 合理的部分敷设也能达到满意的降噪效果 。 隔声去耦材料具有 “ 隔声罩 ” 的作用 , 能有效“ 阻隔 ” 敷设部位噪声 的通过 , 但对单点机械激振的作用机理较复杂 , 敷设部位不 一定对应声辐射的主要降低区域 , 合理的敷设方案有待于 结合数值仿真分析来确定 。 参考文献 :1 张宏军 , 邱伯华 , 石 磊 . 消声瓦技术的现状与发展趋势 J .舰船科学技术 , 2001(4 :6-14.2 曾革委 , 吴崇健 . 加肋圆柱壳舱段水下声辐射试验研究 J .中国舰船研究 , 2006, 1(1 :13-16.3 俞孟萨 , 吴永兴 , 吕世金 . 加肋圆柱壳声学相似性试验 J .中国造船 , 2002, 43(2 :50-57.4 Feng F . Acoustic p r opagaties of a fisite elasticpi pe filled with wa 2ter/airJ .J Sound V ib