水下振動(dòng)噪聲及控制技術(shù)緒論

1、水下振動(dòng)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(jià)、噪聲的控制方法、振動(dòng)的控制方法潛艇和船舶噪聲的主要來源及計(jì)算方法振動(dòng)被動(dòng)控制-吸振原理、隔振原理振動(dòng)被動(dòng)控制-減振原理、船體振動(dòng)的減振方法振動(dòng)被動(dòng)控制--船舶常用減振器介紹振動(dòng)主動(dòng)控制（結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)主動(dòng)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(jì)算模型聲學(xué)覆蓋層聲學(xué)機(jī)理概述聲學(xué)覆蓋層的聲學(xué)性能測試技術(shù)粘彈性材料動(dòng)態(tài)彈性模量的測試技術(shù)隔聲原理及應(yīng)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(fù)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(gè)學(xué)時(shí),考核方式,,,,3,平時(shí)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(xué)出版社；2、朱蓓麗，潛艇隱身關(guān)鍵技術(shù)---聲學(xué)覆蓋層的設(shè)計(jì)，上海交通大學(xué)出版社；3、何琳，聲學(xué)理論與工程應(yīng)用，科學(xué)出版社；4、樓京俊，振動(dòng)主動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dāng)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(jī)械設(shè)備）、建筑噪聲污染、社會(huì)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(yán)重后果，即噪聲源停止輻射時(shí)，噪聲立即消失，噪聲沒有具體污染物，又不能積累，再利用價(jià)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(yán)重，已成為一種

5、公害。控制噪聲 污染、保護(hù)環(huán)境已成為人們的共識。,1緒論,聲壓、聲強(qiáng)和聲功率聲波引起空氣質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，使大氣壓力產(chǎn)生壓強(qiáng)的波動(dòng)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(qiáng)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(jià)方法,在聲波中，人們經(jīng)常研究的瞬時(shí)間隔內(nèi)

6、聲壓的有效值，即隨時(shí)間變化的均方根值，稱為有效聲壓值。數(shù)學(xué)表達(dá)式為式中， --瞬時(shí)聲壓；t--時(shí)間；T--聲波完成一個(gè)周期所用的時(shí)間。 對于正弦波，有效聲壓等于瞬時(shí)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(dòng)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(qiáng)弱。 在單位時(shí)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(qiáng)，單位為 單位時(shí)間

7、內(nèi)、單位面積的聲波向前進(jìn)方向毗鄰介質(zhì)所做的功:,,,,,,聲強(qiáng),自由場中：平面波條件下,,,,,,聲強(qiáng),自由場中：聲源的遠(yuǎn)場處,,,,,,聲強(qiáng),聲源在單位時(shí)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(shí)，聲功率與聲強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)和聲功率，稱為聲壓級、聲強(qiáng)級和聲功率級。這與人們常用級來表示風(fēng)、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(dāng)噪聲源同時(shí)向外輻射噪聲，它們總的聲壓級是多少呢？不能把兩個(gè)聲壓級進(jìn)行簡單的代數(shù)相加，能進(jìn)行相加運(yùn)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(dú)開

9、動(dòng)時(shí)，測得聲壓級均為l00dB，求這兩臺機(jī)床同時(shí)開動(dòng)時(shí)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(gè)特性相同、聲壓級相等的噪聲相加，其總聲壓級比單個(gè)聲源的聲壓級增加了3dB。,如果有N個(gè)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(jī)床未開動(dòng)前的本底或環(huán)境噪聲是可以測量的，機(jī)床開動(dòng)后，機(jī)床噪聲與本底噪聲的總聲壓級也是可以測量的，那么，計(jì)算機(jī)

10、床本身的聲壓級就必須采用聲壓級的減法。水聲實(shí)驗(yàn)中，本底噪聲或背景噪聲。,,聲壓級分貝的減法,設(shè)有N個(gè)聲壓級，因?yàn)槁暡ǖ哪芰靠梢韵嗉?，故N個(gè)聲壓級的平均值 可由下式表示： 平均聲壓級的計(jì)算是由聲能的平均原理導(dǎo)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(yàn)證明，音調(diào)的高低主要由聲源振動(dòng)的頻率決定。由于振動(dòng)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(dòng)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(dāng)聲波的頻率高到超過人耳聽覺范圍的極限時(shí)，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(xué)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(gè)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(dāng)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(xì)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(qiáng)級、或者聲功率級，按頻率順序展開，使噪聲的強(qiáng)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(biāo)，聲壓級（聲強(qiáng)級、聲功率級）（dB）為縱坐標(biāo)，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(yīng)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(fēng)機(jī)、車床、空調(diào)機(jī)、發(fā)電機(jī)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(jī)械設(shè)備的噪聲頻譜如圖2所示?？汕宄乜闯鱿鄳?yīng)頻率所對應(yīng)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(jī)噪聲；（b）LG80m3/min鼓風(fēng)機(jī)噪聲；,（c）柴油機(jī)排氣噪聲；（d）JB51-2電動(dòng)機(jī)噪聲,頻譜分析,強(qiáng)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(dāng)從較安靜的環(huán)境進(jìn)入較強(qiáng)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(shí)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(shí)聽閾偏移，亦稱聽覺疲勞。聽覺疲勞時(shí)，聽覺器官并未受到器質(zhì)性損害。如果人們長期在強(qiáng)

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(fù)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(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)于1964年規(guī)定，在500Hz、1000Hz、2000Hz三個(gè)倍頻程內(nèi)聽閾提高的平均值在25dB以上時(shí)，即認(rèn)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(jìn)行分級，見表2-1。,聽力損失,噪聲性耳聾有兩個(gè)特點(diǎn)：一是除了高強(qiáng)噪聲外，一般噪聲性耳聾

18、都需要一個(gè)持續(xù)的累積過程，發(fā)病率與持續(xù)作業(yè)時(shí)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(dòng)脈硬化和冠心病的患病率要高2-3倍。噪聲還會(huì)引起消化系統(tǒng)方面的疾病，噪聲能使人的消化機(jī)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(qiáng)聲武器（新一代的防爆維穩(wěn)武器）

19、湖南科技大學(xué)，聲管中試驗(yàn)，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(fù)體力。噪聲會(huì)影響人的睡眠質(zhì)量，強(qiáng)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(shí)間長短，時(shí)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(shí)間；有時(shí)剛要進(jìn)入熟睡便被噪聲驚醒，使人不能進(jìn)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(dāng)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(dāng)噪聲在65dB(A)以上時(shí)，就干擾人們的正常談話，如果噪聲高達(dá)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(dá)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(jī)的噪聲和活

21、塞壓縮機(jī)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(fù)雜因素對人的主觀影響程度，就需要有一個(gè)對噪聲的評價(jià)指標(biāo)。,噪聲的評價(jià),響度級單位是方(phon)，就是選取以1000Hz的純音為基準(zhǔn)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(zhǔn)純音(1000Hz)聽起

22、來一樣響，該噪聲的響度級就等于這個(gè)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(zhǔn)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(zhǔn)聲音比較的方法，可測量出整個(gè)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(jì)權(quán)的網(wǎng)絡(luò)讀出的聲級，稱為計(jì)權(quán)聲級。,計(jì)權(quán)聲級,計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)有A、B、C、D四類，最常用的是A計(jì)權(quán)和C計(jì)權(quán)。A計(jì)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(yīng)，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(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是對高頻聲音做了補(bǔ)償，它主要用了航空噪聲的評價(jià)。,計(jì)權(quán)聲級,噪聲污染是一種物理污染，它的特點(diǎn)是局部性的和無后效應(yīng)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(gè)環(huán)節(jié)是噪聲控制

25、中必須考慮的，相應(yīng)的措施包括：聲源控制、傳播途徑控制保護(hù)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(jìn)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(shí)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(hù)也是一個(gè)重要手段，是環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)。工人可以佩帶護(hù)耳器（如耳罩或耳塞）或在隔聲間操作等加以保護(hù)；儀器設(shè)備可以采取隔聲、隔振設(shè)計(jì)等手段加以保護(hù)。,噪聲控制的一般步驟,,,相應(yīng)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(dòng)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(jī)器的平衡性能、改變擾動(dòng)力的作用方向、增加機(jī)組的質(zhì)量、在機(jī)器上裝設(shè)動(dòng)力吸振器等。這里特別強(qiáng)調(diào)的是一定要控制共振。共振是振動(dòng)的一種特殊狀態(tài)。,振動(dòng)控制過程概述.控制振動(dòng)源振動(dòng),以下幾種方法實(shí)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(jī)械振動(dòng)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(dòng)

28、的傳遞。（3）采用隔振元件，通常在振動(dòng)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(dòng)控制過程概述.振動(dòng)隔離,在受控對象上附加一個(gè)子系統(tǒng)使得某一頻率的振動(dòng)得到控制，稱為動(dòng)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(lì)的響應(yīng)，這種技術(shù)應(yīng)用也十分廣泛。,振動(dòng)控制過程概述.動(dòng)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(dòng)能量衰減，還可減弱共振頻率附近的振動(dòng)。,振動(dòng)控制過