温度对约束阻尼层结构减振降噪的影响研究

　　内燃机是一种用途广泛的热能动力机械,在船舶、汽车拖拉机、工程机械和机车等领域中,用作主要动力源.随着内燃机朝高速、轻型、大功率的方向发展,其振动及噪声问题日趋严重;而人们对振动、噪声控制的要求,却日益严格.因此,采用减振降噪新结构设计的产品越来越受到人们的重视.针对内燃机一般为钢、铝等金属结构,且有许多薄壁结构如油底壳、气缸盖以及进、排气管等,其本身的结构阻尼很小,声辐射面积较大,在受到激励时易于发生共振产生噪声等问题.我们曾对一大功率内燃机进行了噪声测试,发现其主要噪声是由进、排气管以及气缸盖这样的板壳结构产生的.此时,采用外部阻尼处理,以起到控制共振振幅的目的是比较有效的.另外,由于内燃机的排气管、气缸盖等部位正常工作时,其表面温度较高,甚至超过100℃,可通过采用适当的约束阻尼材料,使其在较高温度时也具有良好的减振降噪效果.

　　以高分子粘弹性材料为阻尼材料所组成的约束阻尼层减振结构,具有优越的减振、降噪、缓冲功能,其优点为:结构损耗因子大,使用期长等.利用粘弹性材料进行建筑等结构的减振在国内外都有研究[1,2].由于粘弹性材料存在着温度-频率效应,不易确定其物理、机械参数,研究中为了简化,往往把动态多变的参数作为常数处理[3].本文通过试验方法,测量环境温度改变时,不同阻尼层厚度的试样的噪声声压级,通过对比分析说明了约束阻尼层结构在不同温度及不同阻尼层厚度下的减振降噪作用.

　　1　阻尼减振降噪技术的理论基础[4]

　　系统通过激励得到能量的输入,同时又通过某种机理把能量转变为热能而耗散掉,使输入的能量与耗散的能量保持平衡,而结构耗散能量的能力即为阻尼.粘弹性材料由于模量过低,一般不能成为工程中的结构材料,而是将它粘附于需要作减振降噪处理的机械结构或工程结构件上,这样可以把附有粘弹性材料的结构看成是一种复合结构,附着的粘弹性材料层也称为自由阻尼层.机械振动时,阻尼层随着机械结构产生弯曲振动,使粘弹性材料产生拉伸与压缩的交变应力与应变,并使这种阻尼材料耗损机械振动能量,从而产生减振和降噪效果.如果在粘弹性材料层上再粘附一层弹性材料层,就构成另一种复合结构,称为约束阻尼结构.当机械结构受弯曲振动而使阻尼层伸长时,这层弹性材料层即约束层阻止阻尼层伸长;相反,阻尼材料层随振动结构弯曲振动产生压缩变形时,约束层又防止其压缩,使阻尼层内部产生剪切应变和应力.剪切应变和应力会使阻尼材料耗损更多的能量,所以,约束阻尼结构可以增大材料阻尼的耗能效果.

　　2　试　样