книги / Справочник по судовой акустике

При деформации упругих сред (пластин, стержней и т. п.) явление погло­ щения вибрационной энергии усложняется, но остается подобным только что рассмотренному на примере системы с одной степенью свободы. Рассмотрим причины поглощения энергии в деформируемых упругих средах.

1. Вязкое (жидкостное!) трение. Оно обусловлено трением между части­ цами вещества, которое тем сильнее, чем больше относительная скорость их движения. Так как эта скорость растет с частотой, то коэффициент вязких по­ терь соответственно увеличивается.

на упругую среду в последней происходят необратимые микроизменения струк­ туры (поворот и разрушение кристаллов в металлических веществах, отделе­

приводит к отставанию по фазе деформации от вызывающего ее напряжения. Зависимость между ними приобретает гистерезисный характер и имеет в пло­ скости напряжение— деформация вид петли. При малых деформациях эта петля является эллипсом. В этом случае постоянная гистерезиса (отношение остаточной деформации к максимальному смещению) равна коэффициенту по­ терь. При идеальном гистерезисе (остаточная деформация не зависит от вре­ мени) его постоянная, а следовательно, и соответствующий коэффициент по­ терь не зависят от частоты.

"3. Пластическое течение. При текучести материала его остаточная дефор­ мация пропоциональиа времени действия усилия. Так как время действия пе­ риодического усилия пропорционально периоду, то коэффициент потерь при пластическом течении материала обратно пропорционален частоте.

4.Релаксация. В релаксирующей среде при постоянной деформации на­

пряжение, вызвавшее ее, постепенно спадает. В результате возникает сдвиг по фазе между напряжением и деформацией и, как следствие, поглощение виб­ рационной энергии в среде. Релаксация возникает в результате изменения мо­ лекулярной структуры, возбуждения молекул, выравнивания температур между участками среды с противоположными знаками деформации и т. д. Наибольшие интенсивность релаксационных процессов и соответствующий коэффициент

потерь наблюдаются в районе частоты, где период колебаний сравним с по­ стоянной релаксации.

Зависимости коэффициентов потерь указанных выше типов от частоты при­ ведены на рис. 14.3.

В любом материале имеют место все указанные типы потерь вибрационной энергии, причем в зависимости от свойств материала обычно доминирует один из них.

Характерные для судовых конструкций материалы (сталь, дюраль) имеют коэффициент потерь порядка 10”4. Значения же этого коэффициента для су­ довых конструкций, выполненных из указанных материалов, значительно выше (рис. 14.4) и имеют порядок 10“ 2— 10“ *. Это объясняется тем, что основные потери в таких конструкциях возникают в узлах соединения отдельных элемен­ тов. Из рис. 14.4 видно, что на низких частотах потери в судовых конструк­ циях обусловлены пластичностью материала указанных узлов. На высоких частотах кривая потерь имеет гистерезисный характер.

Коэффициент потерь в конструкциях судовых механизмов имеет значения,

жесткой пластмассы, наносимый на демпфируемую конструкцию. Устройство этого покрытия и характер его деформации при изгибе демпфируемой пластины

расстояние между нейтральными плоскостями пластины и слоя покрытия.

Видно, что по мере увеличения этого отношения коэффициент потерь ц растет, асимптотически приближаясь к значению коэффициента потерь материала по­ крытия г)2. При дальнейшем росте а 2 увеличение г] прекращается. Это объяс­ няется смещением нейтральной плоскости составной пластины в сторону по­ крытия, а также соответственным уменьшением деформации растяжения по­ крытия и поглощения энергии в нем. На практике ограничиваются значениями ос2 порядка а 2 = 1,5-*-2.

Если между слоем жесткой пластмассы и демпфируемой пластины уста­ новить прокладку из легкого и жесткого материала, то деформация растяже­ ния пластмассы возрастет и коэффициент потерь в пластине соответственно увеличится. Для эффективной передачи деформации растяжения пластмас­ совому слою’материал прокладки должен обладать достаточным модулем сдвига,

где £ 3, /3 — модуль Юнга и толщина слоя пластмассы; /г„ — волновое, число изгибпых колебаний демпфируемой пластины.

Из формулы (14.2.2) видно., что с повышением частоты данное условие на­ рушается. Это происходит вследствие увеличения деформации сдвига прокладки и соответствующего уменьшения деформации растяжения пластмассового слоя.

Для жестких вибропоглощающих покрытий разработаны специальные материалы на основе поливинилхлорида и других полимеров. В полимеры до-

Рис. 14.5. Конструкция жесткого вибропоглощающего покры­ тия (слева) и характер его деформации (справа): а — жесткое

покрытие; б — жесткое покрытие с прокладкой:.

1 — демпфируемая пластина; 2 — вибропоглощающий материал (пласт­ масса); 3 — прокладка; Л — деформация вибропоглощающего материала.

бавляют пластификаторы для придания им необходимых свойств в требуемом диапазоне температур и наполнители (графит, слюду и т. п.) для повышения поглощающих свойств. В качестве жестких вибропоглощающих покрытий мо­ гут использоваться также теплоизоляционные и отделочные материалы. Есте­ ственно, что "по вибропоглощающей способности они значительно уступают специальным материалам.

Рис. 14.6. Зависимость при­ веденного коэффициента по­ терь пластины тут)2, облицо­ ванной жестким вибропогло­ щающим покрытием, от от­ ношения толщин покрытия и пластины а 2 = t2/ti при различных отношениях р2 =

Модуль потерь Г[Е материалов для жестких покрытий, как правило, су­ щественно зависит от температуры. На рис. 14.7 показана эта зависимость для материала Антивибрит-2 [16]. Видно, что его акустическая эффективность вы­ сока в диапазоне температур, равном примерно 30° С, и имеет максимум в рай­ оне + 2 0 ° С.

Физико-химические свойства специальных и других материалов, которые могут использоваться в судостроении для жестких вибропоглощающих покры­ тий, приведены в табл. 14.1. Видно, что наилучшие результаты можно получить