水下振動噪聲及控制技術(shù)緒論

1、水下振動噪聲及控制技術(shù)2017年8月,,,,1,授課內(nèi)容,,,,,2,緒論、噪聲的危害與評價、噪聲的控制方法、振動的控制方法潛艇和船舶噪聲的主要來源及計算方法振動被動控制-吸振原理、隔振原理振動被動控制-減振原理、船體振動的減振方法振動被動控制--船舶常用減振器介紹振動主動控制（結(jié)構(gòu)中的振動主動控制）吸聲原理（水聲常用的吸聲材料與吸聲結(jié)構(gòu)）帶圓柱空腔吸聲覆蓋層的有限元數(shù)值

2、計算模型聲學覆蓋層聲學機理概述聲學覆蓋層的聲學性能測試技術(shù)粘彈性材料動態(tài)彈性模量的測試技術(shù)隔聲原理及應用、單層均勻薄型構(gòu)件的隔聲雙層薄板的隔聲、彎曲薄板、復合板和多層板的隔聲組合結(jié)構(gòu)的隔聲和漏聲的影響、管道隔聲、結(jié)構(gòu)固體聲隔聲有源噪聲控制（結(jié)構(gòu)聲輻射有源控制）潛艇和船舶噪聲常用的測量方法,共16次課，32個學時,考核方式,,,,3,平時作業(yè)30%(到課率+課堂作業(yè))

3、考試70%（閉卷考試）,參考書目,,,,,1、陳小劍，艦船噪聲控制技術(shù)，上海交通大學出版社；2、朱蓓麗，潛艇隱身關(guān)鍵技術(shù)---聲學覆蓋層的設(shè)計，上海交通大學出版社；3、何琳，聲學理論與工程應用，科學出版社；4、樓京俊，振動主動控制，國防工業(yè)出版社；5、陳克安，有源噪聲控制，國防工業(yè)出版社；6、姚熊亮，船體振動與噪聲，國防工業(yè)出版社；,4,1.1 噪聲的概念1.2 噪聲的分析方法1.3 噪聲的危害1.4 噪聲的控制方法

4、1.5 振動的控制方法,1緒論,1緒論,噪聲污染和空氣污染、水污染、廢棄物污染一樣，被稱為當今的四大污染。噪聲污染面積大，到處可見。如交通噪聲污染、廠礦噪聲污染（各類機械設(shè)備）、建筑噪聲污染、社會噪聲污染。噪聲污染一般不致命，它作用于人們的感官，好像沒有嚴重后果，即噪聲源停止輻射時，噪聲立即消失，噪聲沒有具體污染物，又不能積累，再利用價值不大，因而，噪聲常被人們忽視。隨著近代工業(yè)的迅猛發(fā)展，噪聲污染越 來越嚴重，已成為一種

5、公害?？刂圃肼?污染、保護環(huán)境已成為人們的共識。,1緒論,聲壓、聲強和聲功率聲波引起空氣質(zhì)點的振動，使大氣壓力產(chǎn)生壓強的波動稱為聲壓，亦即聲場中單位面積上由聲波引起的壓力增量為聲壓，其單位為N/m2，簡稱帕（帕斯卡），符號為Pa。通常都用聲壓來衡量聲音的強弱。正常人耳剛能聽到的聲壓是2xl0-5Pa，稱為聽閾聲壓；人耳產(chǎn)生疼痛感覺的聲壓是20Pa，稱為痛閾聲壓。,,,,噪聲的評價方法,在聲波中，人們經(jīng)常研究的瞬時間隔內(nèi)

6、聲壓的有效值，即隨時間變化的均方根值，稱為有效聲壓值。數(shù)學表達式為式中， --瞬時聲壓；t--時間；T--聲波完成一個周期所用的時間。 對于正弦波，有效聲壓等于瞬時聲壓的最大值除以 ，如未加說明，即指有效聲壓。,有效聲壓,聲波作為一種波動形式，將聲源的能量向空間輻射，人們可用能量來表示它的強弱。 在單位時間內(nèi)，通過垂直于聲波傳播方向的單位面積的聲能，叫做聲強，單位為 單位時間

7、內(nèi)、單位面積的聲波向前進方向毗鄰介質(zhì)所做的功:,,,,,,聲強,自由場中：平面波條件下,,,,,,聲強,自由場中：聲源的遠場處,,,,,,聲強,聲源在單位時間內(nèi)輻射的總能量叫聲功率。通常用W表示，單位是W，1W=1N·m/s。在自由聲場中，聲波作球面輻射時，聲功率與聲強有下列關(guān)系：,聲功率,從聽閾聲壓2xl0-5Pa到痛閾聲壓20Pa，聲壓的絕對值數(shù)量級相差100萬倍，因此，用聲壓的絕對值表示聲音的強弱是很不方便的；

8、由于人對聲音響度感覺是與對數(shù)成比例的，所以，人們采用了聲壓或能量的對數(shù)比表示聲音的大小，用“級”來衡量聲壓、聲強和聲功率，稱為聲壓級、聲強級和聲功率級。這與人們常用級來表示風、地震大小的意義是相同的。 聲壓級定義式：,,,聲壓級,參考級：水聲（自行查閱）,當噪聲源同時向外輻射噪聲，它們總的聲壓級是多少呢？不能把兩個聲壓級進行簡單的代數(shù)相加，能進行相加運算的，只能是聲音的能量。,噪聲級的合成,某車間有兩臺相同的車床，它們單獨開

9、動時，測得聲壓級均為l00dB，求這兩臺機床同時開動時的聲壓級是多少(dB)?按照聲壓級的定義，它們的總聲壓級為：,,,相同噪聲級的合成,,,相同噪聲級的合成,兩個特性相同、聲壓級相等的噪聲相加，其總聲壓級比單個聲源的聲壓級增加了3dB。,如果有N個性質(zhì)相同、聲壓級相等的聲源疊加到一起，總聲壓級可用下式表示：,相同噪聲級的合成,機床未開動前的本底或環(huán)境噪聲是可以測量的，機床開動后，機床噪聲與本底噪聲的總聲壓級也是可以測量的，那么，計算機

10、床本身的聲壓級就必須采用聲壓級的減法。水聲實驗中，本底噪聲或背景噪聲。,,聲壓級分貝的減法,設(shè)有N個聲壓級，因為聲波的能量可以相加，故N個聲壓級的平均值 可由下式表示： 平均聲壓級的計算是由聲能的平均原理導出的，它與人耳對噪聲的主觀感受基本相符。,,,平均聲壓級,音調(diào)是人耳對聲音的主觀感受。（宮 商 角 徵 羽）試驗證明，音調(diào)的高低主要由聲源振動的頻率決定。由于振動的頻

11、率在傳播過程中是不變的，所以聲音的頻率指的就是聲源振動的頻率。聲音按頻率高低可分為次聲、可聽聲、超聲。,噪聲分析的基本知識,次聲是指低于人們聽覺范圍的聲波，即頻率低于20Hz；可聽聲是人耳可以聽到的聲音，頻率為20-20000Hz；當聲波的頻率高到超過人耳聽覺范圍的極限時，人們觀察不出聲波的存在，這種聲波稱為超聲波。噪聲控制中研究的是可聽聲，在噪聲控制這門學科中，通常把500Hz以下的稱為低頻聲，把500-20000Hz的稱為中

12、頻聲，把20000Hz以上的稱為高頻聲。,噪聲分析的基本知識,在噪聲測量中，最常用的是倍頻程或1/3倍頻程。在一個頻程中，上限頻率與下限頻率之比為： 倍頻程通常用它的幾何中心頻率來表示：,,,,,倍頻程,當把倍頻程再分成三份，即1/3倍頻程，那么，上限頻率與下限頻率之比為： 即1/3倍頻程的幾何中心頻率為：1/3倍頻程把

13、頻率分得更細了，可以更清楚地找出噪聲峰值所在的頻率。,1/3倍頻程,將噪聲源的聲壓級、聲強級、或者聲功率級，按頻率順序展開，使噪聲的強度成為頻率的函數(shù)，并考察其頻譜形狀，這就是頻譜分析，也稱頻率分析。 通常以頻率（Hz）為橫坐標，聲壓級（聲強級、聲功率級）（dB）為縱坐標，這種圖稱為頻譜圖。聲音的頻譜有多種形狀，一般可分為三種：,頻譜分析,（1）線譜。樂器（如笛、提琴等）發(fā)出的聲音頻譜中，具有一系列的分立的頻率成分，在頻譜圖上

14、是一些線譜，如圖1所示，頻率最低的成分叫基音，其他頻率較高的成分稱為泛音。,頻譜分析,（2）連續(xù)譜。工業(yè)上的噪聲是由許多不協(xié)調(diào)的基音和泛音組成的，在頻譜上對應各頻率成分的豎線排列得非常緊密，它沒有顯著突出的頻率成分，聲能連續(xù)地分布在空闊的頻率范圍內(nèi)，故稱為連續(xù)譜，如圖1（b）所示，這種噪聲又稱為無調(diào)噪聲。,頻譜分析,（3）在有些噪聲源，如鼓風機、車床、空調(diào)機、發(fā)電機等產(chǎn)生噪聲的頻譜中，既有線譜又有連續(xù)譜成分，故稱為有調(diào)噪聲，這種噪聲聽起

15、來又明顯的音調(diào)，如圖1（c）所示。,頻譜分析,常見的一些機械設(shè)備的噪聲頻譜如圖2所示?？汕宄乜闯鱿鄳l率所對應的聲壓級(dB)，一目了然地找出聲壓級峰值所在的頻率，這些峰值屬于有調(diào)成分，而其余聲能譜則屬于無調(diào)成分。,頻譜分析,(a)10m3/min空壓機噪聲；（b）LG80m3/min鼓風機噪聲；,（c）柴油機排氣噪聲；（d）JB51-2電動機噪聲,頻譜分析,強烈的噪聲可引起耳聾誘發(fā)各種疾病，影響人們的休息和工作，干擾語言交流和通

16、信，掩蔽安全信號造成生產(chǎn)事故，降低生產(chǎn)效率，影響設(shè)備的正常工作甚至造成破壞。,噪聲的危害,噪聲對人體的危害最直接是聽力損害。當從較安靜的環(huán)境進入較強烈的噪聲環(huán)境中，立即感到刺耳難受，甚至出現(xiàn)頭痛和不舒服的感覺，停留一段時間，離開這里后，仍感覺耳鳴，馬上（一般在2min內(nèi)）作聽力測試，發(fā)現(xiàn)聽力在某一頻率下降，即聽閾提高了20dB。,噪聲性耳聾,暫時聽閾偏移，亦稱聽覺疲勞。聽覺疲勞時，聽覺器官并未受到器質(zhì)性損害。如果人們長期在強

17、烈的噪聲環(huán)境中工作，日積月累，內(nèi)膜器官不斷受噪聲刺激，恢復不到暴露前的聽閾，便可發(fā)生器質(zhì)性病變，成為永久性聽閾偏移，這就是噪聲性耳聾。,噪聲性耳聾,國際標準化組織(ISO)于1964年規(guī)定，在500Hz、1000Hz、2000Hz三個倍頻程內(nèi)聽閾提高的平均值在25dB以上時，即認為聽力受到損傷，又叫輕度噪聲性耳聾。按照聽力損失的大小，對耳聾性程度進行分級，見表2-1。,聽力損失,噪聲性耳聾有兩個特點：一是除了高強噪聲外，一般噪聲性耳聾

18、都需要一個持續(xù)的累積過程，發(fā)病率與持續(xù)作業(yè)時間有關(guān)；二是噪聲性耳聾是不能治愈的，因此，有人把噪聲污染比喻成慢性毒藥。,噪聲性耳聾,長期在高噪聲環(huán)境下工作的人們與在一般環(huán)境下工作的人們相比，高血壓、動脈硬化和冠心病的患病率要高2-3倍。噪聲還會引起消化系統(tǒng)方面的疾病，噪聲能使人的消化機能減退、胃功能紊亂、消化系統(tǒng)分泌異常、胃酸度降低，以致造成消化不良、食欲不振、患胃炎及胃潰瘍等疾病，致使身體虛弱。強聲武器（新一代的防爆維穩(wěn)武器）

19、湖南科技大學，聲管中試驗，老鼠吐血身亡。,噪聲對人體健康的影響,睡眠是人們生存必不可少的。人們在安靜的環(huán)境下睡眠，它能使人的大腦得到休息，從而消除疲勞和恢復體力。噪聲會影響人的睡眠質(zhì)量，強烈的噪聲甚至使人無法入睡，心煩意亂。睡眠質(zhì)量好壞，取決于熟睡階段的時間長短，時間越長，睡眠越好。一些研究結(jié)果表明，噪聲促使人們由熟睡向瞌睡階段轉(zhuǎn)化，縮短熟睡時間；有時剛要進入熟睡便被噪聲驚醒，使人不能進入熟睡階段，從而造成人們多夢，睡眠質(zhì)量不好，不

20、能很好地休息。,噪聲對人體健康的影響,理想的睡眠環(huán)境，噪聲級在35dB(A)以下，當噪聲級超過50dB(A)，約有15%的人正常睡眠受到影響。通常人們談話聲音是60dB(A)左右，當噪聲在65dB(A)以上時，就干擾人們的正常談話，如果噪聲高達90dB(A)，就是大喊大叫也很難聽清楚，就需貼近耳朵或借助手勢來表達語意。,噪聲對人體健康的影響,聲壓級相同而頻率不同的聲音，聽起來很可能是不一樣的。如大型離心壓縮機的噪聲和活

21、塞壓縮機的噪聲，聲壓級均為90dB，可是前者是高頻，后者是低頻，聽起來，前者比后者響得多。再如聲壓級高于120dB．頻率為30kHz的超聲波，盡管聲壓級很高，但人耳卻聽不見。為了反映噪聲的這些復雜因素對人的主觀影響程度，就需要有一個對噪聲的評價指標。,噪聲的評價,響度級單位是方(phon)，就是選取以1000Hz的純音為基準聲音，取其噪聲頻率的純音和1000Hz純音相比較，調(diào)整噪聲的聲壓級，使噪聲和基準純音(1000Hz)聽起

22、來一樣響，該噪聲的響度級就等于這個純音的聲壓級(dB)。如果噪聲聽起來與聲壓級為85dB、頻率1000Hz的基準音一樣響，該噪聲響度級就是85phon。,響度級和等響曲線,利用與基準聲音比較的方法，可測量出整個人耳可聽范圍的純音的響度級，繪出響度級與聲壓級頻率的關(guān)系曲線。,響度級,人耳對高頻噪聲敏感，對低頻噪聲不敏感，如同樣是響度級80phon，對30Hz的聲音來說，聲壓級是101dB，對于100Hz的聲音，聲壓級是85dB，而對

23、于4kHz的聲音，聲壓級為71dB。,,等響曲線,利用模擬人的聽覺的某些特性，對不同頻率的聲壓級予以增減，以便直接讀出主觀反映人耳對噪聲的感覺數(shù)值來，這種通過頻率計權(quán)的網(wǎng)絡(luò)讀出的聲級，稱為計權(quán)聲級。,計權(quán)聲級,計權(quán)網(wǎng)絡(luò)有A、B、C、D四類，最常用的是A計權(quán)和C計權(quán)。A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是模擬響度級為40phon的等響曲線的倒置曲線，它對低頻聲（500Hz以下）有較大的衰減。B網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對70phon純音的響應，它近似于響度級為70phon

24、的等響曲線的倒置曲線，它對低頻段的聲音有一定的衰減。C網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對響度級為100phon的等響曲線倒置相接近，它對可聽聲所有頻率基本不衰減。D計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是對高頻聲音做了補償，它主要用了航空噪聲的評價。,計權(quán)聲級,噪聲污染是一種物理污染，它的特點是局部性的和無后效應的、聲源停止輻射，噪聲污染就消失了。在任何噪聲環(huán)境中，聲源發(fā)出噪聲并向外界輻射的過程可以用下圖簡單描述。,噪聲控制的一般步驟,噪聲源、傳播途徑和接收者三個環(huán)節(jié)是噪聲控制

25、中必須考慮的，相應的措施包括：聲源控制、傳播途徑控制保護接收者,噪聲控制的一般步驟,目前在聲源的控制上主要采用兩種辦法：1、改進設(shè)備結(jié)構(gòu)，提高加工和裝配質(zhì)量，以降低聲源的輻射聲功率；2、利用聲的吸收、反射、干涉等特性，采用吸聲、隔聲等技術(shù)措施控制聲源的聲輻射。采用不同的控制方法，可以收到不同的降噪效果，通?？梢越档驮肼?-20dB（A）。,噪聲控制的一般步驟,微穿孔板馬大猷,傳播途徑中的控制是最常用的方法，這方面的

26、方法有很多，如隔聲、隔振處理以及隔聲屏障、隔聲間的使用等都是有效惜施；吸聲處理也是一種有效措施。對傳播途徑的處理實質(zhì)上就是增加聲在傳播過程中的衰減，減少傳輸能量。,噪聲控制的一般步驟,對接收者的保護也是一個重要手段，是環(huán)境保護的目標。工人可以佩帶護耳器（如耳罩或耳塞）或在隔聲間操作等加以保護；儀器設(shè)備可以采取隔聲、隔振設(shè)計等手段加以保護。,噪聲控制的一般步驟,,,相應的措施包括：對振源的控制、對傳播途徑的控制、對受控

27、對象的控制,振動控制過程概述,消除或減弱振源，這是最徹底和最有效的辦法。如改善機器的平衡性能、改變擾動力的作用方向、增加機組的質(zhì)量、在機器上裝設(shè)動力吸振器等。這里特別強調(diào)的是一定要控制共振。共振是振動的一種特殊狀態(tài)。,振動控制過程概述.控制振動源振動,以下幾種方法實現(xiàn)隔振：（1）采用大型基礎(chǔ)，這是最常用和最原始的辦法。（2）防振溝。在機械振動基礎(chǔ)的四周開有一定寬度和深度的溝槽，里面填以松軟物質(zhì)（如木屑、沙子等），用來隔離振動

28、的傳遞。（3）采用隔振元件，通常在振動設(shè)備下安裝隔振器，如隔振彈簧、橡膠墊等，使設(shè)備和基礎(chǔ)之間的剛性連接變成彈性支撐。,振動控制過程概述.振動隔離,在受控對象上附加一個子系統(tǒng)使得某一頻率的振動得到控制，稱為動力吸振，也就是利用它產(chǎn)生吸振力以減小受控對象對振源激勵的響應，這種技術(shù)應用也十分廣泛。,振動控制過程概述.動力吸振,在受控對象上附加阻尼器或阻尼元件。阻尼可使沿結(jié)構(gòu)傳遞的振動能量衰減，還可減弱共振頻率附近的振動。,振動控制過