ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ....................................................... 6
ГЛАВА X. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
1.1 Обзор работ по вопросам исследования шума автомобилей и разработке шумопонижающих мероприятий.......................... 11
1.2 Задачи разработки эффективных шумопонижающих комплектов для легковых автомобилей........................................... 12
1.3 Анализ методов исследований виброакустических характеристик легковых автомобилей, их шумоактивных узлов и систем, образцов материалов и деталей шумопонижающего комплекта................. 15
1.4 Анализ опубликованных работ по эффективному использованию акустических материалов и деталей шумопонижающего комплекта.... 18
1.5 Анализ опубликованных работ по вопросам модификации структур акустических материалов деталей шумопонижающего комплекта...... 21
1.6 Проблемы ослабления воздушной передачи шумового излучения в пространство пассажирского помещения........................... 23
1.7 Проблемы использования многофункциональных экранных элементов
двигателя легкового автомобиля................................. 25
Постановка цели и задач........................................ 27
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ АКУСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ И ИХ ОТДЕЛЬНЫХ КОМПОНЕНТОВ
2.1 Методы исследований воздушной передачи шумового излучения в пространство пассажирского помещения........................... 28
2.2 Метод идентификации сквозных щелевых зон передачи звуковой энергии........................................................ 31
2.3 Метод топологических акустических исследований шумоизлучающих структур панелей кузова с моделированием шумопонижающих
эффектов....................................................... 32
2
2.4 Метод исследования термонагруженности виброшумодемпфирован-
ных кузовных панелей........................................... 35
2.5 Метод автономных исследований модуля отопительновентиляционной системы и модуля системы охлаждения двигателя легкового автомобиля........................................... 37
2.6 Метод исследования звукопоглощающих свойств образцов материалов
и полномасштабных деталей шумопонижающего комплекта............ 39
2.7 Метод исследования звукоизоляционных свойств конструктивных элементов кузова и деталей шумопонижающего комплекта........... 40
2.8 Метод исследования вибродемпфирующих характеристик образцов материалов..................................................... 42
2.9 Метод определения характеристик колебаний и звукоизлучения крупногабаритных тонколистовых структур панелей кузова......... 45
2.10 Метод расчетных исследований вибродемпфирующих покрытий,
смонтированных на изгибно-колеблющейся стальной панели......... 47
Основные выводы по второй главе................................ 48
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ПОЛНОМАСШТАБНЫХ ДЕТАЛЕЙ ШУМОПОНИЖАЮЩИХ КОМПЛЕКТОВ СОВРЕМЕННЫХ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
3.1 Разработка классификационных схем деталей шумопонижающих комплектов легковых автомобилей................................ 50
3.2 Исследование структурных составов шумопонижающих комплектов современных легковых автомобилей............................... 54
3.3 Ранжирование акустических материалов по категориям шумопонижающей эффективности................................... 64
3.3.1 Метод ранжирования акустических материалов по категориям шумопонижающей эффективности................................... 64
3.3.2 Ранжирование звукопоглощающих материалов по категориям шумопонижающей эффективности................................... 66
3
3.3.3 Ранжирование звукоизолирующих материалов по категориям шумопонижающей эффективности................................... 68
3.3.4 Ранжирование вибродемпфирующих материалов по категориям шумопонижающей эффективности................................... 71
3.4 Исследование многофункциональных деталей интерьера
с выраженной функцией звукопоглощения......................... 73
Основные выводы по третьей главе.............................. 76
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ДЕТАЛЕЙ ШУМОПОНИЖАЮЩИХ КОМПЛЕКТОВ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
4.1 Аналитическое описание формирования эффекта снижения уровней шума в пространстве пассажирского помещения.................... 77
4.2 Исследование доминирующих путей воздушной передачи звуковой энергии в пространство пассажирского помещения и разработка эффективных приемов их ослабления............................ 80
4.3 Топологическое акустическое совершенствование конструкций
деталей шумопонижающего комплекта............................. 86
4.4 Топологическое температурное совершенствование
вибродемпфирующих покрытий панелей кузова..................... 92
4.5 Разработка эффективных шумопоглощающих модулей, интегрированных с экранными элементами двигателя легкового автомобиля...... 96
4.6 Исследование акустических характеристик и разработка шумопонижающих мероприятий для модуля отопительно-вентиляционной системы 100 Основные выводы по четвертой главе............................ 106
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА МОДИФИЦИРОВАННЫХ СТРУКТУР АКУСТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ДЕТАЛЕЙ ШУМОПОНИЖАЮЩЕГО КОМПЛЕКТА ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ
5.1 Модификация структур звукопоглощающих материалов.......... 107
5.2 Модификация структур звукоизолирующих материалов.......... 113
5.3 Модификация структур вибродемпфирующих материалов......... 117
4
5.4 Сравнительная оценка эффективности модифицированных структур
акустических материалов..................................... 129
Основные выводы но пятой главе............................... 132
ГЛАВА 6. ОЦЕНКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕРОПРИЯТИЙ ПО СНИЖЕНИЮ ВНУТРЕННЕГО И ВНЕШНЕГО ШУМА ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
6.1 Методы исследований акустической эффективности мероприятий по снижению внутреннего и внешнего шума......................... 133
6.2 Эффективность мероприятий по снижению воздушной передачи шумового излучения в пространство пассажирского помещения.... 134
6.3 Эффективность использования шумопоглощающих модулей, интегрированных с экранными элементами двигателя
легкового автомобиля......................................... 135
6.4 Эффективность использования структурированных шумопоглощающих, шумоизолирующих и вибродемпфирующих деталей в конструкции легкового автомобиля......................................... 138
6.5 Эколого-экопомические эффекты от использования
рационализированных шумопонижающих мероприятий............... 149
Основные выводы по шестой главе.............................. 156
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ................................. 157
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ............................ 161
ПРИЛОЖЕНИЯ................................................... 184
5
ВВЕДЕНИЕ
Вредное воздействие шума - одна из широко распространенных экологических проблем в мире. Оно может приводить к расстройству сна, соматическим и психическим расстройствам, ухудшению познавательного функционирования человека, подавлению иммунной системы, снижению работоспособности и производительности труда, повышению общей заболеваемости и возникновению профессиональных заболеваний и др.
Как следует из доклада 47 сессии рабочего комитета по транспортным шумам Европейской Экономической Комиссии при Организации Объединенных Наций (ЕЭК ООН) приблизительно 50000 человек в Европейском Союзе (ЕС) ежегодно преждевременно умирают от сердечных приступов, причиной которых является воздействие транспортного шума, еще около 200000 страдают от сердечно-сосудистых заболеваний, вызванных этим шумом [200]. Ежегодные затраты 25 стран ЕС, вызванные вредным воздействием на население транспортного шума составляют 40 млрд. евро., из которых 90% приходится на автомобильный транспорт. Легковые автомобили, как самый массовый и распространенный вид автомобильного транспорта, являются доминирующим источником акустического загрязнения окружающей среды на селитебных территориях городов и крупных населенных пунктов. Одновременно с этим пассажирское помещение легкового автомобиля является замкнутым пространством, в котором водитель и пассажиры подвергаются вредному воздействию шума, негативно влияющего на акустический комфорт и безопасность движения. Таким образом, технические аспекты снижения шума легковых автомобилей имеют большое социальное, гигиеническое и технико-экономическое значение, определяют их потребительские и конкурентоспособные качества.
Постоянно меняющиеся запросы потребителей, непрерывное ужесточение экологических норм и требований безопасности приводят к существенному усложнению и увеличению оснащенности легковых автомобилей, вызывая негативное влияние на их весо-габаритныс и стоимостные показатели. Данная тенденция также относится и к реализуемому в конструкциях автомобилей набору различ-
6
ных конструктивно-технологических мероприятий, обеспечивающих подавление источников генерирования шумовых излучений. В связи с этим, достаточно актуальной становится проблема повышения эффективности шумопонижающих мероприятий для легковых автомобилей, направленных на достижение требуемого шумопонижающего эффекта, при приемлемых (наиболее высоких, технически достижимых) технологических, экологических и эксплуатационных свойствах, минимизации весовых, габаритных и стоимостных показателей. Решение этой комплексной проблемы связано с необходимостью обеспечения наиболее рационального сочетания в составе легкового автомобиля деталей и конструктивных элементов, выполненных, или содержащих в своем составе слои, из акустических материалов (звукопоглощающих, звукоизолирующих и вибродемпфирующих), шумопонижающих устройств, а также многофункциональных модулей, наделенных шумопонижающими свойствами.
В связи с вышеизложенным, настоящую работу, посвященную разработке путей повышения эффективности акустических материалов и конструкций для снижения шума легковых автомобилей, следует считать актуальной и своевременной. Диссертационная работа отражает результаты исследований, проводившихся в 2005-2009 годах на кафедре «Управление промышленной и экологической безопасностью» Тольяттинского государственного университета и в научно-техническом центре ОАО «АВТОВАЗ».
Цель диссертационной работы. Улучшение акустических характеристик легковых автомобилей путем разработки модифицированных структур акустических материалов и конструкций, обладающих повышенной шумопонижающей эффективностью, улучшенными весо-габаритными, стоимостными и экологическими показателями.
Задачи исследования.
1. Совершенствование экспериментальных и расчетно-экспериментальных методов комплексыых исследований виброакустических характеристик шумопонижающих комплектов легковых автомобилей, базирующихся на применении акустических материалов.
7
2. Исследование технических характеристик акустических материалов, используемых в составе конструкций деталей, узлов и систем легковых автомобилей, классификация их структурных составов и ранжирование шумопонижающих качеств.
3. Разработка методик термоакустического совершенствования месторасположения и геометрической формы деталей шумопонижающих комплектов легковых автомобилей на поверхностях панелей кузова, с учетом повышения их шумопонижающих свойств.
4. Разработка модифицированных структур акустических материалов и конструкций, обладающих улучшенными шумопонижающими, весо-габаритными, стоимостными, технологическими и экологическими характеристиками.
5. Определение значений основных технических параметров акустических материалов и полномасштабных деталей шумопонижающего комплекта, обеспечивающих эффективное подавление ими шумовых излучений в различных пространственных зонах кузова легкового автомобиля.
Объект исследования. Процессы генерирования, распространения и рассеивания виброакустической энергии в структурах материалов шумопонижающих конструкций узлов, агрегатов и систем автомобилей.
Научная новизна работы.
1. Разработана уточненная классификация и определены признаки категорийного ранжирования шумопонижающих качеств звукопоглощающих, звукоизолирующих и вибродемпфирующих материалов, используемых в составе конструкций деталей, узлов и систем легковых автомобилей.
2. Разработаны методики совершенствования конструкций дез алей шумопонижающих комплектов легковых автомобилей, основанные на использовании акустических и температурных топологических карт панелей кузова, и обеспечивающие наиболее эффективное их применение по структуре, месторасположению, геометрической форме, с учетом эксплуатационного температурного и частотного диапазона.
8
3. Разработаны модифицированные структуры акустических материалов и конструкций, с определенными эффективными соотношениями параметров структурирования, обладающие улучшенными шумопонижающими, весогабаритными, стоимостными, технологическими и экологическими характеристиками.
Практическая ценность. Разработаны конструктивно-технологические мероприятия по демпфированию структурного шумового излучения панелей кузова и устранению доминирующих путей воздушной передачи звуковой энергии в пассажирское помещение из зашумленных пространств легковых автомобилей (моторного отсека, багажного отделения, подднищевой зоны кузова), усовершенствованы конструкции шумопоглощающих экранных элементов двигателей внутреннего сгорания (ДВС), модулей системы охлаждения ДВС, направляющих и регулирующих элементов модулей отопительновентиляционных систем (ОВС), модифицированы структуры акустических материалов (звукопоглощающих, звукоизолирующих, вибродемпфирующих).
Реализация работы. Усовершенствованные методы экспериментальных и расчетно-экспериментальных исследований внедрены в технологический процесс виброакустической доводки легковых автомобилей в научно-техническом центре ОАО «АВТОВАЗ». Разработанные шумопонижающие мероприятия внедрены в массовом производстве автомобилей ВАЗ семейств ВАЗ-1118 «Калина» и ВАЗ-2170 «Приора». Модифицированные структуры звукопоглощающих, звукоизолирующих и вибродемпфирующих материалов, приняты к внедрению в производство на ЗАО НПП «Тэкникап Консалтинг». Результаты диссертации используются в учебном процессе Автомеханического института Тольятгинского государственного университета.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 46 работ, в том числе 13 в изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией, 8 патентов на изобретения и 5 патентов на полезные модели.
Апробация работы. Материалы диссертации в различное время рассматривались и обсуждались на российских и международных научных и научно-
технических конференциях: «Безопасность. Технологии. Управление» (ТГУ, г. Тольятги, 2005, 2007 и 2009 гг.), «Туполевские чтения» (КГТУ им. А.Н. Туполева, г. Казань, 2005, 2007 гг.), «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (СГАУ им. С.П. Королева, г. Самара, 2006 г.), «Проектирование колёсных машин» (М.1ТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва, 2006, 2008 гг.), Ассоциации автомобильных инженеров «Автомобиль и окружающая среда» (НИЦИАМТ, г. Дмитров, 2007, 2009 гг.), «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (НТТМ, г. Москва, 2006, 2007 и 2008 гг.), «Перспективные задачи АВТОВАЗа: новационные решения молодых» (ОАО «АВТОВАЗ», г. Тольятти, 2006 г.), XX сессии Российского акустического общества (г. Москва, 2008 г.).
Результаты исследований, представленные в диссертации, отмечены дипломами: конкурсов научно-технических разработок ОАО «АВТОВАЗ» (г. Тольятти, 2006 г.), «Инженер года» (г. Самара, 2006 г.), «Автор лучшего рационализаторского предложения ОАО «АВТОВАЗ» (г. Тольятги, 2007 г.), «Стипендия Президента Российской Федерации» (г. Москва, 2007 г.), Всероссийской выставки научно-технического творчества молодежи (г. Москва, 2008 г.).
Проведенные автором научные исследования по теме диссертационной работы были поддержаны грантом Самарского областного конкурса на предоставление грантов студентам, аспирантам и молодым ученым, в номинации «кандидатский проект» (№290ТЗ.ЗК, г. Самара, 2007 г.).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Работа содержит 160 страниц основного текста, 67 рисунков, 5 таблиц и 19 приложений, список использованных источников содержит 264 наименования.
ю
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
1.1 Обзор работ по вопросам исследования шума автомобилей и разработке шумопонижающих мероприятий
При разработке конструкций легковых автомобилей важнейшей задачей является технически и экономически обоснованное обеспечение высокого акустического комфорта в их пассажирских помещениях и низких уровней излучаемого ими внешнего шума. Данные требования регламентируются действующими Российскими и международными стандартами [22-25, 172-174, 228-230]. Законодательные требования и рыночные условия вынуждают автопроизводителей и научно-исследовательские организации проводить соответствующие исследования по разработке и внедрению в массовое производство разнообразных конструктивно-технологических шумопонижающих мероприятий.
Вопросам исследований и разработки методов и устройств снижения шума в различных отраслях промышленности, энергетики и строительства, которые в той или иной степени находят использование в конструкциях автотранспортных средств, посвящены работы отечественных и зарубежных ученых: Бобровницкого Ю.И. [4], Боголепова И.И. [7, 88), Заборова В.И. [90], Иванова Н.И. [32, 33], Ионова Л.В. [35], Клюкина И.И. [32, 38, 39, 88], Колесникова А.Б. [39, 40], Лагунова Л.Ф. [60], Мунина А.Г. [1], Никифорова A.C. [33, 73, 74], Осипова Г.Л. [60], Разумовского М.А. [82], Сергеева М.В. [70], Тартаковского Б. Д. [941, Шахматова Е.В. [87], Шорина В.П. [87], Юдина Е.Я. [8], Beranek L.L. [145], Crocker M.J. [166], Cremer L. [165], Fuchs H.V. [182], Harris C.H. [195], Heckl M. [89], Kerwin E.M. [202], Lighthill MJ. [213], Müller H.A. [89, 165], Nashif A.D. [223], Oberst H. [224], Ungar E.E. [255], и др.
Вопросы разработки шумопонижающих мероприятий для агрегатов и систем автомобилей рассмотрены в работах Алексеева И.В. [2], Антонова С.В. [3], Бочарова Н.Ф. [65], Вайнштейна Л.Л. [10], Галевко В.В. [16], Галевко Ю.В. [17], ГудцоваВ.Н. [27, 65], Гусакова Н.В. [85], Зайцева П.В. [31], Квасновской 1Г.П. [37],
11
Косых А.Н. [41], Латышева Г.В. [61], Ломакина В.В. [62], Луканина В.Н. [2, 63, 64, 65], Нарбута А.Н. [71], Носонова И.А. [75], Нюнина Б.Н. [76, 77, 78], Резвякова Е.М. [83], Соломатина Н.С. [59], Старобинского Р.Н. [32, 91, 92, 168, 179], Стержанова В.П. [93], Тольского В.Е. [5, 15, 32, 61, 95-97], Фесины М.И. [28, 53, 54, 58, 92, 102-124, 168, 179], Alts Т. [84, 133-135], Bioemhof Н. [149, 150], Borgers W. [152], Braune В. [153], Chappuis A. [161, 162], Friundi F. [181], Geib W. [184], Gillard P.H. [185, 186], van Ligten R.H. [214], Stricker K. [247], Thome J-Ph. [250], Tschudi H.R. [253], Wentzel R.E. [258, 259], Weibel O. [257], и др.
Анализ опубликованных работ свидетельствует об актуальной и в недостаточной степени изученной проблеме разработки методов и технических средств повышения эффективности автомобильных шумопонижающих комплектов, базирующихся на применении шумопоглощающих, шумоизолирующих и вибродемпфирующих деталей. Преобладающее количество работ по указанному направлению было выполнено и опубликовано за рубежом, которые, как правило, имеют закрытый характер и отражают лишь конечные результаты исследований, не раскрывая конкретизированные технологические процедуры и технические средства по их достижению. Также в опубликованных работах в недостаточной степени используется комплексный подход к процессам разработки шумопонижающих комплектов, учитывающий не только акустические, но и их весо-габаритные и стоимостные параметры, технологические свойства и экологические характеристики.
1.2 Задачи разработки эффективных шумопонижающих комплектов
для легковых автомобилей
В конструкциях современных моделей легковых автомобилей насчитывается около 200 деталей, оказывающих непосредственное влияние на их виброа-кустические показатели [184]. При этом, около 70 деталей входят в состав шумопонижающего комплекта, представляющего собой набор шумопоглощаю-
12
щих, шумоизолирующих и вибродемпфирующих деталей (обивок, панелей, прокладок, заглушек, уплотнителей), монтируемых в различных пространственных зонах кузова, а также входящих в состав отдельных шумоактивных узлов и систем автомобиля. Такой шумопонижающий комплект вносит весомый вклад в весо-габаритные и стоимостные показатели легковых автомобилей.
Тенденции развития конструкций легковых автомобилей свидетельствуют о непрерывном улучшении их эксплуатационных (потребительских, безопасно-стных) характеристик, увеличении габаритных и весовых параметров. В частности, увеличение снаряженной массы легковых автомобилей одной модели за 30 летний период ее производства составило в среднем 30...40% [209]. Ориентировочное сопоставление усредненных весовых показателей шумопонижающих комплектов (-45 кг) с общим объемом производимых легковых автомобилей (-65 млн. - в мире [140], и -1,2 млн. - в РФ [29]) свидетельствует о ежегодном потреблении около 3 млн. т. акустических материалов в глобальном масштабе, и около 54 тыс. г. - в РФ. Одновременно с этим, ежегодно из эксплуатации выводится до 10% мирового парка легковых автомобилей, что вызывает увеличение до -16 млн. т. количества экологически опасных отходов, требующих их вторичной переработки (рисайклинга) или утилизации [81].
Необходимо отметить также и о тенденциях ужесточения законодательных требований, предъявляемых к токсичным выбросам автотранспортных средств, которые указывают на необходимость сокращения их снаряженной массы, а соответственно, и уменьшения веса применяемого шумопонижающего комплекта. Потенциальные эколого-экономические эффекты от использования вариантов легковесных шумопонижающих комплектов рассматриваются в глобальном контексте и являются достаточно существенными [192, 220]. Уменьшение веса шумопонижающего комплекта способствует снижению негативного экологического воздействия на окружающую среду и экономических затрат в процессах добычи исходного сырья, производства деталей, эксплуатации автомобилей и их утилизации в конце жизненного цикла. Этим обеспечивается уменьшение
13
потребления сырьевых и энергетических ресурсов (в том числе и невосполнимых), снижение генерации промышленных отходов, количества вредных выбросов в атмосферу, загрязнения почвы и водных ресурсов.
Проблемы повторного использования промышленных отходов, образуемых в конце жизненного цикла легковых автомобилей, актуализируются ввиду введения ряда международных стандартов регламентирующих степень их вторичной переработки (директив ЕС № 53/2000 [175], №64/2000 [176]). В это же время, экологически безопасная вторичная переработка (пригодность получаемого изделия к технологиям вторичной переработки, после его демонтажа и разделения) деталей шумопонижающего комплекта, в ряде случаев, является весьма затруднительной и требует применения специфических дорогостоящих технологий [26, 143, 236]. Использование традиционных методов физической и химической переработки, а также методов использующих процессы рекуперации (выработки тепловой энергии из структур акустических материалов) не могут быть признаны эффективными, так как в большинстве случаев приводят к большим финансовым затратам и вызывают негативное воздействие на окружающую среду [26, 143, 147, 192, 220, 236].
Рассмотренные тенденции и проблемы развития конструкций современных легковых автомобилей свидетельствуют о том, что весьма востребованными и актуальными представляются разработки высокоэффективных шумопонижающих комплектов, обладающих повышенной шумопонижающей эффективностью, при уменьшенной массе и стоимости, не оказывающих негативного воздействия на окружающую среду в процессах добычи и переработки исходного сырья, производства деталей, эксплуатации и утилизации автомобилей в конце их жизненного цикла. Реализованные технические возможности и потенциальные резервы решения комплексной задачи разработки эффективного шумопонижающего комплекта иллюстрируются проектами отдельных автопроизводителей и исследовательских организаций [6, 143,169, 192, 221,235, 238].
14
1.3 Анализ методов исследований виброакустических характеристик легковых автомобилей, их шумоактивных узлов и систем, образцов материалов и деталей шумопонижающего комплекта
Измерения уровней внутреннего и внешнего шума легковых автомобилей, производимые в дорожных условиях испытаний, позволяют определить соответствие (или несоответствие) их действующим нормативным требованиям, а также оценить эффективность вводимых конструктивно-технологических шумопонижающих мероприятий. Испытания проводятся на специальных дорогах автополигонов (испытательных треков) или на качественных покрытиях дорог общего пользования. Измерения уровней внешнего шума легковых автомобилей производятся согласно требований и методик ГОСТ Р 41.51-2004 [24] (правил К 51-02 ЕЭК ООН [229]) и ГОСТ Р 52231-2004 [25], уровней внутреннего шума - согласно ГОСТ Р 51616-2000 [22]. Широкое распространение находят методы стендовых акустических испытаний легковых автомобилей, что обусловлено возможностью поддержания стабильных условий испытаний, не зависящих от погоды и состояния дорожного покрытия. Достаточно полная имитация скоростных и нагрузочных режимов движения автомобиля достигается на динамометрических стендах, оборудованных низкошумными беговыми барабанами и смонтированных в безэховых или полубезэховых акустических камерах [180, 227, 237, 249, 252]. Для оценки шумовых излучений, генерируемых в пассажирском помещении легкового автомобиля набегающим потоком воздуха, применяются низкошумные исполнения полномасштабных аэродинамических труб (ПАДТ) [67, 182, 201, 212]. Виброакустические исследовательские и доводочные работы ДВС легковых автомобилей, его навесных агрегатов и систем, производятся с использованием специализированных моторных стендов, монтируемых в акустических (безэховых или полубезэховых) камерах [111,252].
Для исследования звукопоглощающих свойств образцов акустических материалов используется метод акустического интерферометра [7, 21, 89] и ревер-берационный метод [7, 139, 204]. При исследовании звукопоглощающих свойств
15
материалов и полномасштабных деталей шумопонижающего комплекта легковых автомобилей наибольшее распространение находит реверберационный метод, основанный на использовании малогабаритной реверберационной камеры «Кабина Альфа» [205, 233, 258]. Объем полости такой камеры (6,45 м3) соизмерим с объемами полостей пассажирского помещения, моторного отсека и багажного отделения легкового автомобиля. Оценка звукопоглощающих свойств с использованием указанного метода производится путем сопоставления времени реверберации диффузного звукового поля в пустой (без исследуемого образца) реверберационной камере и в реверберационной камере с размещенным в ней исследуемым образцом материала или полномасштабной детали.
Исследования звукоизоляционных свойств образцов материалов, полномасштабных формованных деталей интерьера в сборе с несущими элементами конструкции кузова проводятся с использованием сообщающихся измерительным окном акустических камер [161, 183, 210, 249, 253]. Наибольшее распространение находят методы косвенной оценки потерь передачи звуковой энергии через исследуемую структуру материала с применением малогабаритных объектов исследований. Для этих целей используются специализированные лабораторно-стендовые установки типа «Башня Пиза» [161, 253], «Малая Кабина» [161, 253], «Апамоулд» [55, 142], «Изокел» [162], имеющие ряд отличительных признаков и обеспечивающих их применение для решения тех или иных прикладных задач. Указанные установки содержат две базовые акустические камеры (камеру возбуждения и приемную камеру), сообщаемые посредством несущей тонколистовой структуры и установленного на ее поверхности образца исследуемого материала или фрагмента полномасштабной детали.
Широко используемым методом определения вибродемпфирующих свойств акустических материалов является метод «Оберст», базирующийся на методических требованиях стандартов DIN 53440 (DIN EN ISO 6721) [171], ASTM E 756-04 [138] и SAE J1637 [231]. Данный метод основан на оценке амплитудно-частотной характеристики изгибно-колеблющейся консольно закреп-
16
ленной композитной структуры, содержащей несущую тонколистовую металлическую пластину и адгезионно смонтированный на ее поверхности образец исследуемого вибродемпфирующего материала. Другим известным методом исследования вибродемпфирующих свойств материалов является метод «Мокофлекс» [161], основанный на оценке амплитуды и фазы изгибных колебаний исследуемого образца материала (без использования несущей пластины) в двух равноудаленных точках. Меньшее распространение находит метод «Плита SAE» [15, 56], основанный на оценке скорости затухания свободных колебаний эластично подвешенной несущей стальной плиты, со смонтированным на ее поверхности образцом исследуемого материала, при прекращении процесса ее динамического возбуждения.
Для исследования колебательных (звукоизлучательных) характеристик тонколистовых структур панелей кузова автомобиля нашли применение исследовательские методы «RTC» [253] и «Апамат» [253]. В указанных экспериментальных методах используются специализированные лабораторно-стендовые установки, состоящие из двух камер (камеры возбуждения и приемной камеры). При использовании метода «RTC» возбуждение исследуемой тонколистовой структуры осуществляется по периметрическим зонам ее поверхности с помощью динамического вибратора расположенного в камере возбуждения. 11о методу «Апамат» динамическое возбуждение исследуемой тонколистовой структуры осуществляется хаотичным ударным воздействием мелких сферических тел (формирующим диффузное вибрационное поле), имитирующим в определенной степени структурное возбуждение панелей кузова во время движения автомобиля по мелкогравийному дорожному покрытию. Оценка колебательных характеристик осуществляется на основе анализа уровней виброускорений поверхности исследуемой структуры, а также уровней излучаемого ею структурного шума, замеренных в приемной камере.
Проведенный информационный анализ позволил определить, что известные методы исследований виброакустической эффективности модифицирован-
17
ных исполнений шумопонижающих комплектов являются разнообразными и специализированными, зачастую обладающими рядом ограничений для решения тех или иных технических задач, что вызывает необходимость разработки их усовершенствованных исполнений. В частности, при акустических исследованиях легковых автомобилей возникают задачи как раздельной, так и комплексной оценки путей передачи звуковой энергии с учетом эффектов се гашения или усиления при распространении, комплексной имитации скоростных и нагрузочных режимов движения автомобиля, скорости набегающего воздушного потока и внешних климатических условий. При исследовании виброакусти-ческих характеристик модифицированных структур материалов и деталей шумопонижающих комплектов возникает необходимость повышения объективности и информативности их определения с исключением негативных влияний как конструктивных исполнений используемых лабораторно-стендовых установок, так и используемых технологических процедур.
1.4 Анализ опубликованных работ но эффективному использованию
акустических материалов и деталей шумопонижающего комплекта
Эффективность использования тех или иных деталей шумопонижающих комплектов в существенной степени обусловлена рациональным выбором конкретных типов и марок акустических материалов, используемых дтя их изготовления. В этом случае целесообразным является использование структурноклассификационных схем, распределяющих акустические материалы по типам используемых слоев и структурных составов, позволяющих применять их для той или иной целевой задачи в заданной пространственной зоне автомобиля. Необходимо отметить, что структурно-классификационные схемы, продолжительное время применяемые в различных областях промышленности, на транспорте и строительной индустрии, представлены в весьма формализованном виде [8, 20, 90]. Они не учитывают специфические особенности и условия использования всего разнообразия, разработанных в последние годы, новых ориги-
18
нальных типов акустических материалов (деталей), нашедших широкое применение в современных конструкциях автомобилей.
Другим важным аспектом разработки эффективных конструкций деталей шумопонижающего комплекта является рациональный выбор марок конкретных типов акустических материалов, ранжированных по категориям шумопонижающей эффективности. Эго является особенно актуальным ввиду того, что промышленно производимые однотипные материалы отечественного и зарубежного производства существенно отличаются по своим шумопонижающим, эксплуатационным и стоимостным показателям. Очевидно, что методы ранжирования строительных акустических материалов [20] не пригодны для использования в автомобильной промышленности. Это обусловлено использованием в конструкциях легковых автомобилей акустических материалов с более низкими значениями удельных весов и толщин, при предъявляемых требованиях получения более высокой шумопонижающей эффективности. Существенное значение оказывают многочисленные ограничения или полные запреты использования отдельных химических веществ в структурных составах автомобильных акустических материалов, а также специфические эксплуатационные условия, присущие движущимся автотранспортным средствам, кардинальным образом отличающиеся от статичных строительных сооружений.
В существенной степени виброакустическая эффективность деталей шумопонижающего комплекта легкового автомобиля обусловлена их конкретизированным (топологическим) размещением по поверхностным зонам панелей кузова, характеризующимся различной интенсивностью и частотным диапазоном звукового излучения. При использовании вибродемпфирующих покрытий эффективность их применения дополнительно обусловлена эксплуатационными диапазонами температур демпфируемых панелей кузова [47, 135]. В связи с этим, возникает задача разработки соответствующих технологических процедур комплексной топологической акустической и температурной рационализации деталей шумопонижающих комплектов.
19
- Київ+380960830922