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[高强度钢] 静音钢板的综合性能研究

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发表于 2020-11-11 14:08:12 | 显示全部楼层 |阅读模式
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静音钢板的综合性能研究
马学强1,李鑫茂2,尹学军1
(1.青岛科而泰环境控制技术有限公司,山东 青岛266101;2.青岛理工大学 工程质量检测鉴定中心,山东 青岛266033)
摘 要:静音钢板是在两块厚度为0.8 mm的钢板之间刮涂极薄的黏弹性阻尼层构成的约束阻尼结构,在兼顾良好钢板力学性能的同时能达到减振降噪的效果。研究静音钢板的复合损耗因数、可应用的温度区间、隔声量以及时域和频域等综合性能,结果表明:静音钢板阻尼层厚度为100 μm 时比厚度为50 μm 的结构有更优异的性能;使用温度在10℃~50℃区间内更有利于发挥结构的阻尼优势;最大隔声量可达到25 dB;振动在静音钢板中的传播时间极短且振幅颇小。
关键词:声学;静音钢板;复合损耗因数;耐温区间;隔声量;时域分析;频域分析

[size=1em]约束阻尼结构自1939 年William Swallow 提出以来,经过一系列的研究已经得到迅速发展,约束性阻尼结构中由基层、阻尼层、约束层构成的“夹芯”结构,在受到外力作用时,阻尼层与基层和约束层之间产生拉伸形变和压缩形变,阻尼层将部分机械能转化为热能消耗掉,从而达到减振降噪的目的。约束阻尼结构因具有可设计性及其高耗能的性质,被广泛应用于现代航空、航天、交通运输、大型机械设备等领域的减振降噪。随着社会的发展,在航空航天、交通运输以及大型机械设备的使用中,人们对振动噪声的控制要求越来越高,静音钢板作为一种全新的应用工具,对其进行系统研究具有重要意义。

[size=1em]静音钢板结构是在两块金属板之间填充非常薄的黏弹性阻尼材料,构成“夹芯”阻尼结构,从而在获得良好机械性能的同时达到静音效果。

[size=1em]本文主要从静音钢板的复合损耗因数、使用温度区间、隔声量以及时域波形等4 个方面进行探索研究。

1 实验部分1.1 试验材料及设备

[size=1em]MK806 黏弹阻尼材料(弹性模量为0.896×102 MPa)由青岛科而泰环境控制技术有限公司提供,镀锌钢板(厚度为0.8 mm)由保利迈拓减震板有限公司提供。

[size=1em]振动测量仪为北京东方所的INV9824、北京东方所的DASP 系列分析软件系统,动态力学测试(DMA)设备为德国耐弛公司DMA242 动态热机械分析仪。

1.2 试样的制备

[size=1em]试验采用的结构形式是具有对称型约束阻尼结构的静音钢板,基层和约束层是厚度为0.8 mm的镀锌钢板,中间填充的阻尼静音层是根据无溶剂皮革刮涂工艺制得的极薄的KT806黏弹性阻尼涂层。

2 结果与讨论2.1 不同厚度阻尼层的静音板复合损耗因数

[size=1em]在两条尺寸为150 mm×10 mm×0.8 mm 的钢板条之间刮涂阻尼层,采用自由梁法进行测试;分别对50 μm和100 μm两种厚度阻尼层的静音钢板结构进行复合损耗因数测试,具体测试结果见表1至表2。

[size=0.8em]表1 阻尼层厚度为50 μm的3条静音钢板试样在20℃的性能测试结果

[size=0.8em]表2 阻尼层厚度为100 μm的3条静音钢板试样在20°C的性能测试结果

[size=1em]该KT806 黏弹性阻尼涂层作为一种高聚物,主要是在高分子材料吸收振动能量时,将吸收的机械能部分转变为热能耗散掉,从而起到减振降噪的作用。

[size=1em]根据表1 和表2 所示的静音钢板的复合损耗因数可以得出,该静音板结构在阻尼层厚度为100 μm时,复合损耗因数更大,也即在厚度为100 μm 时较厚度为50 μm时的阻尼效果更优。

2.2 静音钢板的使用温度区间

[size=1em]将MK806 制作成具有约束阻尼结构的静音钢板,阻尼层厚度为50 μm,基层和约束层的钢板厚度为0.8 mm,测试其在变化温度区间内的复合损耗因数,具体检测结果见表3。

[size=0.8em]表3 静音钢板的复合损耗因数测试结果

[size=1em]由表3数据得出直观的阻尼耐温测试分析图谱见图1。综合分析图、表得出,该静音钢板在10°C~50°C区间内有更好的效果。

[size=0.8em]图1 静音钢板在不同温度下的复合损耗因数测试结果

[size=1em]结合表3 和图1 可以得出,该静音钢板在10°C~50°C 的温度区间内,复合损耗因数均大于0.2;该静音钢板在实际使用中可达到良好的减振降噪效果。

[size=1em]该黏弹性阻尼材料的耐温性能充分证明了该高分子材料在10°C~50°C 区间内在保持良好物理性能的同时兼具优良的阻尼效果,能在较宽的温域区间内达到应有的减振降噪效果。

2.3 静音钢板隔声量测试

[size=1em]采用驻波管法对静音钢板和厚度为1.4 mm 的普通钢板的隔声量进行测试,具体测试结果见图2。

[size=0.8em]图2 隔声量测试结果

[size=1em]从图3 的隔声量测试结果可以得出,静音钢板的隔声量在小于352 Hz 和大于558 Hz 的区间内显著大于普通钢板。

[size=1em]静音钢板的隔声量最低值为9 dB,最高可达25 dB;普通钢板隔声量在462 Hz 时达到最大值,其最大隔声量为15.1 dB。

[size=1em]隔声量测试结果表明,静音钢板可以在一定的振动频率范围内大幅度减小机械器件在使用过程中对内部结构及相关精密仪器的振动效应,但对500 Hz以下的低频振动作用有限。

2.4 时域和频域分析

[size=1em]分别对无阻尼钢板、自由阻尼钢板和约束阻尼静音钢板结构进行时域图谱分析和频域图谱分析。

[size=1em]时域分析主要是对通过敲击得到的振动加速度信号进行记录,取得振动加速度时程图谱,并对采集的数据进行分析,具体测试结果见图3。

[size=0.8em]图3 时域分析图谱

[size=1em]频域分析主要是根据各频带振动能量的衰减情况,分析无阻尼钢板、自由阻尼钢板和约束阻尼静音钢板3 种情况下的振动频率带宽的能量分布情况,并取振动信号进行1/3倍频程频谱分析,具体测试结果见图4。

[size=1em]从图3可以看得,从振动持续时间来看,无阻尼钢板振动持续时间为>1.6 s,自由阻尼钢板振动持续时间为1.6 s,约束阻尼静音钢板振动持续时间为0.2 s。从振幅来看,约束阻尼静音钢板对振动传输的衰减更为明显。因此,无论从振动持续时间还是振幅来看,约束阻尼的静音钢板都体现了良好的减振效果。

[size=0.8em]图4 频域分析图谱

[size=1em]从图4所示1/3倍频程频谱可以得出,自由阻尼钢板在0~2 500 Hz 的振动加速度级小于无阻尼钢板,约束阻尼静音钢板在整个频段内,振动加速度级都小于无阻尼钢板和自由阻尼钢板,体现了很好的减振效果。

3 结语

[size=1em](1)对比阻尼层厚度为50 μm和100 μm的静音钢板复合损耗因数得出,阻尼层厚度为100 μm的结构复合损耗因数更大,因此具有更优异的静音效果;

[size=1em](2)根据静音钢板的耐温测试得出,该结构10°C~50°C 的温度区间内,复合损耗因数均大于0.2,可取得较好的减振降噪效果;

[size=1em](3)静音钢板的最低隔声量为9 dB,最高可达25 dB;

[size=1em](4)时域分析显示约束阻尼静音钢板的振动持续时间为0.2 s,无论从振动持续时间还是振幅来看,约束阻尼的静音钢板都体现了良好的减振效果;

[size=1em](5)频域分析显示,约束阻尼静音钢板在整个频段内振动加速度级都小于无阻尼钢板和自由阻尼钢板,减振效果良好。

[size=1em]参考文献:

[size=1em][1]李开明.复合型阻尼金属板性能及减振试验研究[J]. 上海航天,1993(5):19-24.

[size=1em][2]马学强.黏弹阻尼减振降噪材料的阻尼性能及约束阻尼结构研究[D].青岛:青岛理工大学,2010.

[size=1em][3]曹伟,李国林,李宏华,等.静音钢板前围挡的轻量化应用及噪音性能研究[J]. 农业装备与车辆工程,2011(2):20-22.

[size=1em][4]杜华军,陈恩鹏.航天结构的约束阻尼振动抑制优选方案研究[J]. 航天控制,2004,22(5):8-11.

[size=1em][5]裴高林,米志安.约束阻尼材料性能测试方法的探讨[J].噪声与振动控制,2008,28(3):156-159.


[size=1.8em]Study on the Comprehensive Performance of Mute Steel Plates
[size=1em]MA Xueqiang 1, LI Xinmao 2, YIN Xuejun 1
(1.Qingdao Create Environment Control Technology Co., Ltd., Qingdao 266101, Shandong China;2.Center of Engineering Test and Appraisal, Qingdao Technological University,Qingdao 266033, Shandong China)

[size=1em]Abstract:The mute steel plate is a constrained damping structure composed of a thin damping layer between two steel plates with a thickness of 0.8 mm, which can achieve the effect of reducing vibration and noise with the good mechanical properties reserved.In this paper,the composite loss factor,the applicable temperature range,sound insulation quantity,time domain and frequency domain of the mute steel plate are studied.The results show that the mute steel plate with the damping layer thickness of 100 μm has the better performance than that with the thickness of 50 μm.Using the temperature within the range of 10°C to 50°C can give a greater damping advantage to the structure.The maximum sound insulation can reach 25 dB.The propagation time of vibration in the mute steel plate is very short and the amplitude is very small.

[size=1em]Keywords:acoustics;mute steel plate;composite loss factor;temperature tolerance range;sound reduction index;time domain analysis;frequency domain analysis



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