Файл: Борьба с шумом в черной металлургии..pdf

или

Решение уравнения (101) записывается следующим обра­ зом:

Пренебрегая трением в момент соударения, можно вместо величины давления текучести взять численное значение пре­ дела текучести и, учитывая уравнения (103) и (99), опреде­ лить частоты, с которых начинает проявляться влияние местного смятия.

По результатам наблюдений Д. У.Рэлея [76], непосред­ ственно после того как камертону сообщили удар, еще мож- І но слышать, помимо основного тона, более высокие тоны, которые быстро затухают. Эти высокочастотные составляю­ щие не смешиваются с основным тоном вследствие того, что они относительно высокой частоты и не принадлежат к гар­ монической шкале камертона. В камертонах, исследован­ ных Гельмгольцем, первые из этих обертонов имели частоту

в5,8—'6,6 раз больше частоты основного тона.

Вработе Ф. Морза Пэ5] также отмечено, что при возбуж­ дении ударом стержня таким образом, что в его колебаниях будут содержаться обертоны значительной амплитуды, воз­ никают четко различимые, наряду с основной частотой, высо­ кочастотные составляющие, которые, однако, быстро зату­ хают.

Фиксация параметров подобных составляющих, воз­ никающих при ударах по камертону, стержню, пластине, затруднительна, так как их длительность невелика.

151

Возникновение высокочастотных составляющих объясняется, очевидно, местными деформациями при соударении сферы с плоскостью. При ударах большой интенсивности кристал­ лические свойства металлов и сплавов нарушаются, упру­ гие волны переходят в пластические и возникающие явле­ ния можно выразить или описать нелинейными уравнения­ ми [62].

Продолжительность звучания и скорость затухания звуко­ вых колебаний. Амплитудные, временные и частотные харак­ теристики звука, излучаемого в процессе колебаний меха­ нической системы, зависят от ее демпфирующей способности и определяются величиной и точкой приложения возбуж­ дающей силы, ее гармониками, средой, в которой происхо­ дят звуковые колебания, а также размерами, формой, спо­ собом соединения, материалом, из которого'изготовлены кон­ струкция и отдельные ее элементы.

Продолжительность звучания Т0, вызванного меха­ ническим импульсом, например ударом, можно определить по формуле:

где Т — продолжительность колебаний, сек. Продолжительность звучания количественно охаракте-

ризовывают скоростью затухания звука d, т. е. изменением уровня звукового давления в единицу времени после пре­ кращения действия силы, вызвавшей колебание. Скорость затухания звуковых колебаний

в среде и поглощения звука ограждающими поверхностями, дб/сек; m — коэффициент поглощения, дбім; А — эквива­ лентная площадь, м2; V—объем, в который происходит звукоизлученне, м3; с — скорость звука в воздухе, місек.

Продолжительность звуковых колебаний после прекра­ щения действия возбуждающей силы соответствует времени затухания резонансного колебания:

152

/0 — резонансная частота колебаний системы, гц; т) — коэф­ фициент потерь; Ѳ — логарифмический декремент зату­ хания.

Для большинства механических, акустических и элект­ рических систем частота затухающих, колебаний практи­ чески совпадает с резонансной частотой системы. Учитывая

Существенная часть упругой энергии теряется в мате­ риале, из которого изготовлены отдельные детали и вся конструкция. Подобный вид потерь определяется внутрен­ ним трением Q - 1 . Учитывая из всех видов потерь только потери, обусловленные внутренним трением, для деталей любой конфигурации получают следующую формулу ско­ рости затухания звука:

Таким образом, внутреннее трение и скорость затухания звука связаны прямо пропорциональной зависимостью.

Величину Ь0 в формуле (105) для пластины можно опре­ делить экспериментально либо из эмпирически получен­ ного соотношения между моментом удара и первоначальной величиной звукового давления [140]:

где Кі и /С2 — коэффициенты, определяемые эксперименталь­ но, значения которых зависят от частоты. В низкочастот­ ной области /<і= 1.

Учитывая формулы (103), (104), (105) и (109), получают

153

ты, значения которых зависят от частоты; m, п — значения, определяющие количество полуволн, укладывающихся в пластине в двух направлениях (m, « = 1 , 2 , 3...).

Рассматривая теоретически полученную формулу (ПО), можно сделать вывод, что скорость затухания звуковых колебаний пластин зависит также от количества движения, предела текучести, размеров пластин и ударника, модуля Юнга, коэффициента Пуассона.

Если время между отдельными ударами не слишком мало, то при высокой скорости затухания звука можно достичь существенного снижения среднего уровня звуково­ го давления, а также сократить продолжительность шума. Следовательно, для изготовления деталей и узлов обору­ дования выбор металлов и сплавов, способствующих сни­ жению шума, необходимо осуществлять с учетом связи между продолжительностью звучания сплавов Т0 и час­ тотой приложения возбуждающей силы ѵ. Наиболее эффек­ тивного снижения среднего уровня звукового давления и продолжительности шума можно достичь, если частота приложения силы

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗВУКОИЗЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Звукоизлучение механической системы можно вызвать, сообщая системе начальную кинетическую энергию (на­ пример, воздействуя на систему импульсом силы) либо начальную потенциальную энергию (например, мгновенным снятием демпфирующей связи). Возникающие под воздейст­ вием возбуждающей силы колебания механической системы могут быть свободными и вынужденными. В связи с этим частотный спектр шума слагается из двух групп состав­ ляющих: вынужденных, частоты которых совпадают с час­ тотой возбуждающей силы и ее гармоник, и свободных, кото­ рые, хотя и возбуждаются теми же силами, но происходят на собственных резонансных частотах механических систем.

Рассмотрение методов, использующих звукоизлучение в качестве критерия при определении различных свойств

164