内燃机噪声振动与控制

1、内燃机噪声振动与控制第1页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一实验及参考书目2教材：内燃机噪声振动与控制（机械工业出版社，吴炎庭编）参考书：噪声与振动控制技术基础（科学出版社，盛美萍等主编） 振动力学（西安交通大学出版社，倪振华主编） 模态分析理论与实践（北京理工大学出版社，(比利时)海伦 编，白化同等译）其他参考资料：期刊振动工程学报、振动与冲击等及网络资源中国振动联盟 等实验：内燃机振动噪声实验或模态分析测试第2页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一考核方法 考核方法：采用考勤、平时考核和期末测验结合的方法进行。 期末考试采用闭卷方式，期末考试成绩与平时

2、成绩在总成绩中的比重为7:3。第3页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一内燃机噪声与控制1噪声的产生和传播特性1.1噪声对人体的影响及噪声控制的一般原则1.2第4页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一声音的产生声音是由物体的振动所造成的，经由弹性介质(Elastic Medium)以声波(Sound Wave)的方式将能量传送出去。类型波阵面声线声源类型相关方程平面声波垂直于传播方向的平面相互平行的直线 平面声源球面声波以任何值为半径的球面由点声源发出的半径线 点声源柱面声波同轴圆柱面线声源发出的半径线 线声源第5页，共64页，2022年，5月20日，7点4

3、7分，星期一1.噪声和噪声的评价1. 噪声噪声人们不需要的声音。环境噪声在工业生产、建筑施工、交通运输和社会生活中所产生的、干扰周围生活、环境的声音。噪声污染所产生的环境噪声超过国家规定的环境噪声排放标准，并干扰他人正常生活、工作和学习的现象。内燃机的噪声有？第6页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一2.声的特性参数(1)频率和周期频率( ) ：每秒钟振动的次数，以Hz为单位噪声控制范围：63-16000Hz第7页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一周期( ) ：完成一次振动所需要的时间(2) 波长和声速波长( ) ：声波在一个周期内传播的距离声速( ) ：

4、声波在媒质中传播的速度15时空气中声速：340m/s波长( )、声速( ) 和频率( ) 的关系：第8页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一(3) 声波的物理度量 1) 声压及其瞬时值、平均值和有效值 2) 声强与声强级 3) 声功率与声功率级第9页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一声压与声压级 a.瞬时声压：某一瞬间的声压。 b.平均声压 对于纯音，平均值为0 静态压强第10页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一 c.有效声压：在一定时间间隔中将瞬时声压对时间求均方根值即得有效声压 用电子仪表测量得到的通常是有效声压, 人们习惯上讲的声

5、压实际上也是有效声压.第11页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一日常生活中声音的声压数据 (Pa)声音种类声压声音种类声压正常人耳能听到最弱声210-5织布车间2普通说话声（1m远处）210-2柴油发动机、球磨机20公共汽车内0.2喷气飞机起飞200人耳感觉听阈到痛阈的范围是: 210-5 20 Pa第12页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一c. 声压级:该声音的声压与参考声压的比值取以10为底的对数再乘20，单位：dB用声压级表示人耳听阈与痛阈范围是:0 120 dB第13页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一人耳对频率为 1kHz

6、声音的可听闻为 0dB ；微风轻轻吹动树叶的声音约 14dB ；在房间中高声谈话声 ( 相距 1m 处 ) 约 68dB 74dB ；交响乐队演奏声 ( 相距 5m 处 ) 约 64dB ；飞机强力发动机的声音 ( 相距 5m 处 ) 约 140 dB ；一声音比另一声音声压大一倍时大 6dB ；人耳对声音强弱的分辨能力约为 0.5dB 。 第14页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一2) 声强和声强级 a.声强：在声传播方向上单位时间内垂直通过单位面积的声能量，称为声音的强度，简称为声强，单位是b.声强级：该声音的声强与参考声强的比值取以10为底的对数再乘10,单位,分贝(

7、dB)第15页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一声压级和声强级的关系：第16页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一3) 声功率和声功率级a.声功率:声源在单位时间内辐射的总能量，单位：瓦。意义：声功率是衡量声源声能量输出大小的基本物理量；声功率可用于鉴定各种声源。第17页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一 b.声功率与声强的关系球面辐射时：波阵面面积第18页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一c.声功率级声功率级单位：分贝。第19页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一(4) 声源的辐射特性声源的指向性

8、：声源发出的声波，在各个方向上的声压分布并不一定相同，这种随方向分布的不均匀性，称为声源的指向性。指向性因子：在离声源中心不同距离处，测量球面上各点的声强，求得所有方向上的平均声强，将某一方向上得声强与其相比就是该方向的指向性因数：第20页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一几种典型声源的辐射特性声源类型辐射特性声压空间分布辐射效率点声源无指向性均匀高 线声源有一定的指向性声偶极子有很强的方向性不均匀低平面声源复杂的指向性分布第21页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一（一）响度、等响曲线和响度级声频 声压 次声20Hz 20kHz超声 （可听阈）210-5

9、Pa20Pa （痛阈）可听范围 人耳对强度相同而频率不同的声音有不同的响度感觉，即对于相同声压级但频率不同的声音，人耳听起来是不一样响的。描述声音大小的主观感觉量第22页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一 响度级定义：以频率1000Hz纯音的声压级40dB为基准音，调节1000Hz纯音的声压级，使大量受试者判断，若某声源的噪声听起来与该纯音一样响亮，则该噪声的响度级就等于该纯音的声压级值。单位：“方”（phon）。响度描述声音大小的主观感觉量，“宋”(sone) 定义：1000z纯音声压级为40dB时的响度为sone。利用与基准音相比较的方法，可以得到整个可听频率范围纯音的

10、响度级。 第23页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一响度级听阈曲线 痛阈曲线 等响曲线 等响曲线是相等响度声音对应点的连线，相当于声压级、频率不同，但响度级相同的声音。各曲线上的数字表示声音的响度级，即和这个声音同样响的1000Hz纯音的声压级。零方响度级曲线(虚线)是听阈曲线，虚线上的点表明入耳刚能听到声音的频率和声压级，低于虚线的点所表示的一定频率和声压级的声音都听不到。120 phon曲线是痛阈曲线。任一曲线低频区声压级高，高频区声压级低，说明人耳对低频声不敏感，对高频声敏感。声压级高于100dB，等响曲线渐平缓，说明人耳分辨高、低频声音的能力变差，此时声音的响度级与

11、频率关系已不大，主要决定于声压级。第24页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一(2)计权声级考虑到人们主观上对响度感觉不同，根据等响曲线对频率给以适当增减的修正方法称为频率计权常用的有A、B、C三种计权网络。A计权曲线模拟人耳，近似于响度级为40phon等响曲线的倒置，使低频段有较大的衰减。B计权曲线近似于70phon等响曲线的倒置，使低频段有一定的衰减。C计权曲线近似于100phon等响曲线的倒置，可听声范围平直。经A计权曲线测量出的分贝读数称A计权声级，dB(A)。同样经B或C测得的分贝读数分别为B计权声级和C计权声级, dB（B）、dB（C） 。第25页，共64页，20

12、22年，5月20日，7点47分，星期一 如果不加频率计权，仪器对不同频率响应是均匀的，即线性响应，测量的结果就是声压级，直接以分贝或dB表示，记作Lin称为L计权声级。D计权测得的分贝数称D计权声级，dB(D)。D声级主要用于航空噪声评价。A声级能较好地反映稳态宽频带噪声，国际公认用A声级作为保护听力和健康、以及环境噪声的评价量。第26页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一第27页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一（3）噪声评价数（NR）曲线评价室内噪声。考虑了高频噪声比低频噪声对人的影响更大，可弥补A声级反映频率特性的不足。以1kHz倍频带声压级值作为噪

13、声评价数NR，其噪声级范围是0130dB，频率范围是31.58000Hz内9个倍频程。每条曲线上的NR值为曲线通过中心频率1000Hz的声压级数值。第28页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一NR数的确定方法 已知噪声的频谱,由噪声评价数曲线查得各频带相应的NR，其中最大者即为该噪声评价数NR。 已知倍频带声压级，相应的NR为 式中 各中心频率下NR数对应的声压级,dB； 各中心频率对应的系数。方法1 方法2 方法3 NR数与A声级较好相关，二者间的近似关系为 式中， A声级, dB（A）。第29页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一 不同中心频率的系数 和

14、 倍频带中心频率/Hz 6335.50.79012522.00.87025012.00.9305004.80.974100001.0002000-3.5 1.0154000-6.11.0258000-8.01.030第30页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一(4) 等效连续A级声定义：某时段内的非稳态噪声的A声级，用能量平均的方法，以一个连续不变的A声级来表示该时段内噪声的声级。 计算公式1：A声级测量值 连续 式中 等效连续A声级，dB（A）； 噪声暴露时间，h或min； 时间t内的A声级，dB（A）。 第31页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一(5)

15、噪声对听力的损伤噪声污染危害典型案例 1981年，在美国举行现代派露天音乐 会上，有300名听众突然失去知觉，昏 迷不醒，100辆救护车抢救。 1959年，美国有10名“自愿”作噪声试 验，当实验用飞机从10名自愿者头上 1012米高处飞过后，有6人当场死 亡，4人数小时后死亡第32页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一 1960年，日本广岛一男子被附近工厂发 出的噪声折磨烦恼万分，最后把工厂主 杀死。 1961年，一名日本青年从新泻来到东京 找工作，由于铁路附近，日夜噪声折 磨，患失眼症，自杀第33页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一如果人们长期在强噪声

16、环境下工作，听觉疲劳不能得到及时恢复，且内耳器官会发生器质性病变，即形成永久性听阈偏移，又称噪声性耳聋。长期在高噪声环境下工作的人与低噪声环境下的情况相比，会产生头痛、脑胀、耳鸣、失眠、全身疲乏无力以及记忆力减退等神经衰弱症状。高血压、动脉硬化和冠心病的发病率要高23倍。危害第34页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一噪声也可导致消化系统功能紊乱，引起消化不良、食欲不振、恶心呕吐，使肠胃病和溃疡病发病率升高。此外，噪声对视觉器官、内分泌机能及胎儿的正常发育等方面也会产生一定影响。在高噪声中工作和生活的人们，一般健康水平逐年下降，对疾病的抵抗力减弱，诱发一些疾病，但也和个人的体

17、质因素有关，不可一概而论。第35页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一第36页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一建筑噪声 建筑施工噪音第37页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一交通噪声 交通噪声 第38页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一第39页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一噪音对人类不同程度的影响无法忍受：150dB130dB感到疼痛：130dB110dB环境声量等级很吵：110dB70dB较静：70dB50dB安静：50dB30dB极静：30dB10dB无声：0dB第40页，共64页，20

18、22年，5月20日，7点47分，星期一分贝的标准2040dB 相当于轻声说话。4060dB 相当于室内谈话。 6070dB 有损神经。 7090dB 很吵,长期在这种环境下学习和生活，会使人的神经细胞逐渐受到破坏。 90100dB 会使听力受损。100120dB 使人难以忍受，几分钟就可暂时致聋。第41页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一42噪声的控制依据：声源振动产生声音空气等介质的传播耳膜的振动第42页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一振动与噪声的控制方法1、消振（声）2、隔振（声）3、结构改进 第43页，共64页，2022年，5月20日，7点47分

19、，星期一内燃机的噪声控制声源 1）降低激振源的激振 2）降低结构的传递函数 3）降低辐射表面的辐射效率隔声 隔声罩吸声第44页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一消声器45第45页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一消声门46第46页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一消声室47汽车性能测试第47页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一48用途：(工业)控制室、设备间、精密仪器检测、测试 (民用)医学检查、科学研究、音乐练习、听力测试某电子厂隔声测试房 惠而浦公司在线噪声测试房 隔声房第48页，共64页，2022年，5月20

20、日，7点47分，星期一吸声体第49页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一吸声罩第50页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一1. 产品噪声标准2. 噪声排放标准3. 环境质量标准环境噪声标准 二第51页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一1.产品噪声标准a.汽车定置噪声b.地铁车辆噪声标准第52页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一a.汽车定置噪声汽车定置：汽车不行驶，发动机处于空载运转状态。反映了车辆的排气噪声和发动机噪声情况。汽车定置噪声限值对城市道路允许行驶的在用汽车规定了定置噪声的限值。第53页，共64页，2022年

21、，5月20日，7点47分，星期一各类车辆定置噪声A声级限值(dB)车辆类型燃料种类1998年1月1日前出厂1998年1月1日后出厂轿车汽油8785微型客车、货车汽油9088轻型客车、货车、越野车汽油 n4300r/min柴油9497100929598中、大型客车、货车汽油柴油9710395101大型货车额定功率N147kW10110599103第54页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一2. 噪声排放标准a.各类厂界噪声标准b.建筑施工厂界噪声限值c.铁路及机场周围环境噪声标准第55页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一a 工业企业厂界噪声标准（GB1234

22、8-90）类别昼间/dB夜间/dB5545605065557055规定四类标准的适用范围为： 类标准适用于以居住、文教机关为主的区域。 类标准适用于居住、商业、工业混杂区及商业中心区。 类标准适用于工业区。 类标准适用于交通干线道路两侧区域。 第56页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一b 建筑施工场界噪声标准（GB12523-90）施工阶段主要噪声源噪声限值/dB昼间夜间土石方推土机、挖掘机、装载机7555打桩各种打桩机85禁止施工结构混凝土搅拌机、振捣棒、电锯等7055装修吊车、升降机6555第57页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一c.铁路及机场周围

23、环境噪声标准铁路边界噪声限值及测量方法机场周围飞机噪声环境标准适用区域标准值LWECPN(dB)一类区域70二类区域75机场周围飞机噪声标准值及适用区域 注：一类区域：特殊区域居住区；居住、文教区。 二类区域：除一类以外的生活区。 第58页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一a.工业企业噪声卫生标准b.室内环境噪声允许标准c.城市区域环境噪声标准3. 环境质量标准第59页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一a.工业企业噪声卫生标准工业企业厂区内各类地点的噪声标准（A计权声级dB）序号地点类别噪声限值1生产车间及作业场所（工人每天连续接触噪声8h）902高噪声车间设置的值班室、 无电话通话要求时观察室、休息室 有电话通话要求时 75703精密装配线、精密加工车间的工作地点、计算机房704车间所属办公室、实验室、设计室（室内背景噪声级）705主控制室、集中控制室、通讯室、电话总机室、消防值班室（室内背景噪声级）606厂部所属办公室、会议室、设计室、中心实验室（包括试验、化验、计量室）（室内背景噪声级）607医务室、教室、哺乳室、托儿所、工人值班室（室内背景噪声级）55第60页，共64页，2022年，5月20日，7点47分，星期一 b. 室内环境噪声标准（1）国际标准化组织(I