摘要:文章以国家大剧院录音棚与河北工程学院建筑声学实验室为原型搭建实验台,通过实验研究“房中房”结构的隔振性能。实验显示,由于隔振器自身质量引起的内部共振与基础非刚性的影响,“房中房”结构的高频隔振性能被显著的降低。比较金属弹簧隔振与纤维材料隔振发现,由于金属弹簧隔振器的内部共振更为严重,导致金属弹簧隔振器的高频隔振性能比纤维材料差。金属弹簧隔振器垫上橡胶垫后,可以明显改善高频的隔振性能。 关键词:“房中房”结构 隔振 内部共振 金属弹簧隔振器 纤维材料 1. 前言: 隔振器被广泛应用于隔振工程中,以保护仪器、设备免受振动的影响,或衰减机器振动对外的传播。经典隔振模型如图1-1所示,模型假设隔振器由无质量的理想弹簧和阻尼组成,被隔振物体和基础均为理想刚性体。经典模型的理论传递率如图1-2所示,当激振频率 大于系统共振频率的倍,即 时,传递率T<1,隔振器起到隔振的作用,理论传递率随频率的增加每倍频程衰减12dB。当 时,传递率T>1,隔振器处在共振区域,隔振器会增大被隔振体的振幅。[1,2] 而实际的隔振系统中,基础的非刚性、被保护对象的非刚性以及隔振器的质量分布都会降低高频的隔振性能,导致高频传递率比理想隔振器的传递率大,并出现周期性峰值。[3,4,5,6] Mark Harrison等人[7]从理论上推导出内部共振产生的原因,并推导出理论传递率公式,其理论计算与实验结果很好的吻合。Mark Harrison等人的研究发现驻波效应可以使得隔振器高频传递率降低20dB。 实验通过测量“房中房”结构的撞击声声压级来研究隔振性能。实验使用标准打击器在“房中房”楼板的一条对角线上选择3个等间距的点进行打击,在接收室内测量撞击声声压级 ,再根据接收室的混响时间T对撞击声声压级进行修正[11,12]: 测量方法同弹簧隔振实验。 3. 实验结果与分析 RB1: 弹性系数 K=7.2KN/mm,阻尼比 =0.10,上下垫2mm专用橡胶垫 岩棉1:容重 =140kg/m3,静态下沉度 ; 岩棉2:容重 =140kg/m3, 静态下沉度 ; 玻璃棉:容重 =96kg/m3, 静态下沉度 ; 图3-2为不同纤维材料隔振时的撞击声声压级Lpn曲线,纤维材料由北新集团提供。从图3-2的曲线也可以看出,撞击声声压级Lpn并没有一直随着频率的增大而不断降低,同样出现周期性起伏。实验说明纤维材料在高频也不符合经典隔振模型,纤维材料内部共振和基础非刚性也显著降低高频的隔振能力。 比较图3-1与图3-2可以发现,高频时,金属弹簧隔振器的撞击声声压级Lpn一直保持较高的水平,而纤维隔振器的撞击声声压级Lpn则逐渐降低。说明金属弹簧隔振器高频的内部共振比纤维隔振器更为严重。文献[6]的研究表明,由于内部共振的作用,金属弹簧在高频的动弹性系数随频率的增大而迅速增大,弹簧隔振器的传递率随动弹性系数增大而增大,使得金属弹簧隔振器的传递率一直保持在较高的水平。这与实验结果相吻合。低频时,比较图3-1与图3-2可以发现金属弹簧隔振器的隔振性能比纤维材料更好,这是由于内部共振弹簧隔振器弹性系数比玻璃纤维小,系统共振频率低。 4. 总结 文章以国家大剧院录音棚和河北工程学院建筑声学实验室为原型建立实验台,通过测量不同“房中房”结构的撞击声声压级Lpn研究“房中房”结构的隔振性能,获得如下结论: (1) 实验显示,由于隔振器的内部共振与基础的非刚性的影响, “房中房”结构的高频隔振性能被显著的降低。 (2) 金属弹簧隔振器内部共振比纤维材料更为严重,导致金属弹簧高频隔振性能不如纤维材料的隔振性能好。垫橡胶垫后可以明显改善弹簧隔振器的高频隔振性能。 致谢: 本实验得到国家大剧院业主委员会、隔而固(青岛)隔振技术有限公司、北京市劳动保护科学研究所以及北新集团的大力支持,特此致谢。 参考文献: [1] Cyril M. Harris, Handbook of Noise control, second edition, McGraw-hill book company, New York, 1979. [2] 马大猷,沈壕,声学手册(修订版),北京:科学出版社,2004. [3] Ungar, E.E.; Dietrich, C.W., "High-frequency vibration isolation" Journal of Sound and Vibration 1966 pp. 224-241. [4] 戴德沛,阻尼减振降噪技术,西安:西安交通大学出版社,1986. [5] 熊冶平,宋孔杰,柔性隔振系统中驻波效应的研究,山东工业大学学报,25(1995)108-113. [6] Soliman, J.I.; Hallam, M.G., "Vibration isolation between non-rigid machines and non-rigid foundations" Journal of Sound and Vibration 1968 pp. 329-351. [7] Mark Harrison, Alan O. Sykes, M. Martin. Wave Effects in Isolation Mounts. J Acoust Soc Amer, 24(1952) 62—70. [8] Y. Du, R.A. Burdisso, E.Nikolaidis, D. Tiwari, Effects of isolators internal resonances on force transmissibility and radiated noise, Journal of Sound and Vibration 268 (2003) 751–778. [9] J. Lee, D.J. Thompson, Dynamic stiffness formulation, free vibration and wave motion of helical springs, Journal of Sound and Vibration 239 (2001) 297–320. [10] Snowdon, J.C., "Rubberlike materials, their internal damping and role in vibration isolation" Journal of Sound and Vibration 1965 pp. 175-193. [11] GBJ 75-84,建筑隔声测量规范. [12] 秦佑国,王炳麟,建筑声环境(第二版),北京:清华大学出版社,1999. 注:本文转载自未知,目的在于分享信息,不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有侵权请联系我们及时删除。 |