CN103895808A

CN103895808A - 一种板件减振连接结构

Info

Publication number: CN103895808A
Application number: CN201410056675.8A
Authority: CN
Inventors: 温华兵; 包振明; 刘林波; 昝浩
Original assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Current assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2034-02-19
Also published as: CN103895808B

Abstract

本发明公开了一种板件减振连接结构，由第一连接板、第二连接板、弹性薄板、V型薄板、第一阻尼块和第二阻尼块构成，其中所述弹性薄板的两端分别与所述第一连接板和第二连接板的一端对接固定连接成平板结构，所述弹性薄板的底平面上粘贴有所述第二阻尼块，所述V形薄板的两端分别与所述第一连接板和第二连接板的另一端底平面固定连接成断截面为等腰三角形的整体结构，所述V形薄板的内表面对称粘贴有所述第一阻尼块。本发明加工简单，便于模块化制造，可部分取代传统加筋板结构的加强筋，在不增加重量、厚度并提高板结构整体承载能力的同时，综合利用阻抗失配阻振、主动消振和阻尼减振原理进行组合设计，显著提高板件结构振动传递的减振效果。

Description

一种板件减振连接结构

技术领域

本发明涉及一种减振降噪结构，具体地说是涉及一种板件减振连接结构。

背景技术

振动噪声是舰船、船舶、车辆等交通工具的重要性能指标之一。机舱动力机械是船舶的主要振动噪声源，工作时将振动传递给机舱船体结构，再通过船体结构传播到各层舱室结构，产生舱室内部的振动噪声，影响船员等工作人员的舒适性，影响船员的健康、生活及工作效率。近年来，随着海运事业的发展，船舶吨位、航速及动力装置功率的不断提高，使船舶舱室振动噪声污染日趋严重，船舶舱室振动噪声日益受到人们的关注。此外，国际海事组织不断推行新的国际公约，要求将船舶的振动噪声控制在越来越低的水平。

近年来，船舶动力机械自身的低噪声设计，以及动力设备的隔振设计技术得到了一定的发展，使传递到船舶基座的振动有所下降，但是仍然有较多的振动能量通过基座传递到船体结构。对船体结构进行声学设计，仍然是船舶减振降噪设计的重要措施。然而，由于船体总体结构的声学设计受到船体总体静力学、航速、经济性等方面的制约，对船体总体结构进行声学设计，仍然存在较大的困难。对船舶结构舱室振动噪声问题的控制措施，目前仍然主要是对船体局部结构进行阻尼减振、吸声降噪等传统方法，近年来在技术上没有重大创新。

这种传统的船舶舱室围壁结构、底板结构，由于舱室结构之间的跨度较大，往往在板结构上按照一定间距和排列方式布置加强筋。在板结构上布置加强筋的主要目的是为了提高舱室结构整体的刚度（减少变形）、稳定性和承载能力，由于加强筋提高了板结构的整体刚度和固有频率，其对舱室结构的减振也起到一定的效果。从图3可知，对传统的板筋结构，当振动从一端传播到另一端时，从波动的角度，在板结构上的加强筋，相当于在板结构上插入了一个阻振质量，造成振动波传播的阻抗失配，引起一定的声波反射和透射现象，但是这种简单的阻振对振动的减振效果并不理想，振动几乎畅通无阻地从一端传递到另一端。

如果采用阻尼材料对传统的板筋结构进行减振，往往是将阻尼材料粘贴在板结构或加强筋结构上。在舱室底板和围壁结构上大面积粘贴阻尼块，其主要目的是衰减振动从机舱至下而上的传播，在振动的传播路径上进行结构的减振设计。实践表明，由于传统阻尼材料对薄板结构的阻尼减振效果比厚板结构更加明显，船舶舱室围壁结构、底板结构的板厚一般在5～10mm，阻尼材料直接对这样的厚板结构的减振效果并不理想。

传统的船舶舱室围壁结构、底板结构在内舾装时往往要敷设吸声材料，其主要目的是提高舱室之间的隔声、隔热性能。岩棉等吸声材料虽然有较高的吸声系数，但是由于微小颗粒的存在，往往会影响室内环境的质量，还有一些吸声材料由于防腐、防水方面的性能差，在船舶、汽车等室内的使用也受到限制。另外，船舶舱室围壁结构、底板结构在内舾装时，需要一定的施工时间，往往影响船舶的建造周期。

因此，在板筋结构上采取的传统减振降噪措施，如阻尼材料减振和吸声降噪等技术，虽然在一定程度上降低了船舶、汽车等室内的振动噪声，但是也还存在着由于大面积的使用减振降噪材料而影响经济性、影响施工周期、环保性能以及降噪效果不够显著等问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的技术问题和缺陷，针对传统的板件结构焊接连接固定并在底部加筋的情况，提供一种模块化的具有高振动传递损失特性的板件减振连接结构。

本发明可用于对板结构直接连接，在不增加带加强筋板结构整体重量和高度的情况下，使整体结构具有更高的抗弯和承载能力，且对振动传递具有显著的减振功能。本发明的板件减振连接结构的工作原理主要包括3个方面：利用板件减振连接结构多个接头处的阻抗失配原理反复消耗振动能量；将板结构中传播的振动波分解为2个不同路径传播，利用振动波叠加时产生的相位差主动消振的原理消耗振动能量；将板结构分解为两个薄板结构，振动波在薄板结构传播时，利用阻尼块阻尼减振原理消耗振动能量，相对于同等阻尼材料粘贴在厚板结构上，可提高阻尼减振效果。

为达到上述目的，本发明实现目的所采取的技术方案是：

一种板件减振连接结构，由第一连接板、第二连接板、弹性薄板、V型薄板、第一阻尼块和第二阻尼块构成，其中所述弹性薄板的两端分别与所述第一连接板和第二连接板的一端对接固定连接成平板结构，弹性薄板的底平面上粘贴有第二阻尼块，所述V形薄板的两端分别与第一连接板和第二连接板的另一端底平面固定连接成断截面为等腰三角形的整体结构，V形薄板的内表面对称粘贴有第一阻尼块。

上述所述的第一连接板、第二连接板、弹性薄板、V型薄板的材质为钢材。

上述所述的固定连接为焊接连接。

上述所述的阻尼块为粘弹性阻尼，在常温下2kHz以内频率范围的平均损耗因子≥0.2。

上述所述的第一连接板与第二连接板的长度相同，约为总长度L的25%。

上述所述的弹性薄板的厚度为第一连接板或第二连接板厚度的50%，长度约为总长度L的50%。

上述所述的V型薄板的厚度为第一连接板或第二连接板厚度的50%，利用薄钢板对中冲压成断截面具有夹角2α的V字形形状，高度h的选取需要依据应用场合整体结构的承载量进行确定，可设计与传统板筋结构加强筋的高度H接近，取h=0.7H～1.2H，薄钢板冲压前的长度取高度的3～8倍。

上述所述的第一阻尼块的宽度与V型薄板的宽度相等，长度为V型薄板长度的0.4～0.6倍，厚度为V型薄板厚度的0.5～1.5倍。

上述所述的第二阻尼块的长度、宽度与弹性薄板的长度、宽度相等，厚度为V型薄板厚度的0.5～1.5倍。

本发明的板件减振连接结构的优点和有益效果在于：

1、本发明可部分取代传统加筋板结构的加强筋，在不增加重量与厚度并提高板结构整体抗弯和承载能力的同时，综合利用结构阻抗失配阻振、主动消振和阻尼减振原理设计，显著提高板结构振动传播时的减振效果。与采用传统的加筋板连接方式相比，安装单个板件减振连接结构后，在5kHz频率范围的平均减振效果可提高5dB以上，且对中高频的减振效果更佳明显。

2、本发明由于综合利用了结构阻抗失配阻振、主动消振和阻尼减振原理，适用于对板结构中传播的纵波和横向弯曲波的减振。

3、本发明可部分取代传统加筋板结构的加强筋，其间距及排列方式的选择可与传统的加筋板连接方式一致，也可以将板件减振连接结构与传统的加筋板结构组合交替使用，当使用多个本发明的板件减振连接结构时，在振动传播路径上对振动传播的减振效果更明显。

4、本发明使用的阻尼材料，安装在封闭的空间内部，一方面可减少由于海水、盐雾引起的材料老化，延长材料的使用寿命，另一方面可减少如橡胶类阻尼材料对空气的污染，并提高防火能力。由于阻尼材料粘贴在比连接板结构更薄的板件上，减振效果更加明显，并可节约使用阻尼材料。

5、本发明加工简单，便于模块化制造，使用本发明后不增加传统加筋板结构的安装空间，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构构造示意图。

图2是本发明的结构应用示意图。

图中：1—第一连接板；2—第二连接板；3—弹性薄板；4—V型薄板；5—第一阻尼块；6—第二阻尼块；7—第一板件；8—第二板件；h—V型薄板4的高度；L—板件减振连接结构的总长度；2α—V型薄板4的夹角。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做更详细地描述，应理解实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明的文件内容之后，本领域技术人员对本发明的各种等效替代的修改均落于本申请所要求所保护的范围。

如图1所示，为本发明的一种板件减振连接结构，由第一连接板1、第二连接板2、弹性薄板3、V型薄板4、第一阻尼块5和第一阻尼块6构成。其中所述弹性薄板3的两端分别与所述第一连接板1和第二连接板2的一端对接固定连接成平板结构，所述弹性薄板3的底平面上粘贴有所述第二阻尼块6，所述V形薄板4的两端分别与所述第一连接板1和第二连接板2的另一端底平面固定连接成断截面为等腰三角形的整体结构，所述V形薄板4的内表面对称粘贴有所述第一阻尼块5。

其中所述第一连接板1、第二连接板2、弹性薄板3和V型薄板4的材质为钢材；所述第一阻尼块5、第二阻尼块6为自粘性阻尼减振材料，在常温下2kHz频率范围的平均损耗因子≥0.2。

弹性薄板3的厚度为第一连接板1或第二连接板2厚度的50%，两端端面分别与第一连接板1和第连接板2的一端端面对接焊接固定，其中弹性薄板3的上表面分别与第一连接板1和第二连接板2的上表面对平，以使第一连接板1和第二连接板2和弹性薄板3的上表面在同一平面上并保持连接面的平整。

本发明的板件减振连接结构的总长度为L，设计第一连接板1与第二连接板2的长度相等，各为连接结构总长度L的25%，设计弹性薄板3的长度为连接结构总长度L的50%。

V型薄板4的厚度为第一连接板1或第二连接板2厚度的50%，V型薄板4为薄钢板对中冲压成具有一夹角2α的V字形板状结构，V型薄板4的高度h的选取需要依据应用场合整体结构的承载量进行确定，以达到整体结构所需要的抗弯能力，V型薄板4的高度h越大，整体结构的抗弯能力越强。V型薄板4折合后V字形的夹角为2α，则V型薄板4折合前的长度L'=2h/cos(α)，取高度h的3～8倍。

第一阻尼块5的宽度与V型薄板4相同，长度为V型薄板4的0.4～0.6倍。在V型薄板4折合之后，再利用第一阻尼块5的自粘性粘贴固定在V型薄板4的内表面，第一阻尼块5居中布置在V型薄板4上，使V型薄板4两端不粘贴第一阻尼块5，一方面是为了节约第一阻尼块5的材料成本，另外一方面是为了避免V型薄板4端面与第一连接板1、第二连接板2焊接固定时由于高温而损坏第一阻尼块5。第一阻尼块5的厚度与V型薄板4厚度相同，或者为V型薄板4厚度的0.5～1.5倍，第一阻尼块5的厚度越厚，对V型薄板4的减振效果越好，更容易阻抑V型薄板4的结构振动从一端传递至另一端。

第二阻尼块6的长度、宽度与弹性薄板3的长度、宽度相同，在弹性薄板3分别与第一连接板1、第二连接板2焊接固定后，再利用第二阻尼块6的自粘性粘贴固定在弹性薄板3的下底表面。第二阻尼块6的厚度与可与弹性薄板3厚度相同，或者为弹性薄板3厚度的0.5～1.5倍，第二阻尼块6的厚度越厚，对弹性薄板3的减振效果越好，更容易阻抑弹性薄板3的结构振动从一端传递至另一端。

V型薄板4在折合及粘贴第二阻尼块6后，将V型薄板4的两个端面加工为斜面，再分别与第一连接板1、第二连接板2另一端下平面对称焊接固定。

如图2所示，为本发明的一种板件减振连接结构应用于船舶舱室围壁结构、底板结构或车辆壳体结构的减振降噪实施例。本发明的板件减振连接结构中的第一连接板1的厚度等于或略小于待连接的第一板件7的厚度，第二连接板2的厚度等于或略小于待连接的第二板件8的厚度；第一连接板1和第二连接板2与第一板件7和第二板件8的宽度相同；第一连接板1与第一板件7之间对接焊接固定，第二连接板2与第二板件8之间对接焊接固定，便于组合结构的模块化制造安装。

在传统的板件结构焊接连接固定并在底部加筋的情况下，应用本发明的板件减振连接结构。该板件减振连接结构在不增加带加强筋板结构整体重量和高度的情况下，利用板件减振连接结构的第一连接板1和第二连接板2分别与待连接的第一板件7和第二板件8焊接固定后形成具有更高抗弯和承载能力的整体结构。该板件减振连接结构在对第一板件7和第二板件8提供连接和提供抗弯能力的同时，对第一板件7和第二板件8的振动传递也具有显著的减振功能。

本实施例利用本发明的板件减振连接结构的多个接头处的阻抗失配原理反复消耗振动能量的原理：当第一板件7的振动波通过板件减振连接结构传递到第二板件8时，所发明的板件减振连接结构设计有多个阻抗失配连接接头，形成振动波在构建中传播的多次阻抗失配，在阻抗失配接头处产生振动波的多次反射，使部分能量反射回去，且反射波与入射波相互叠加而部分抵消，从而达到消耗部分振动波能量的目的。比如振动波从第一板件7传递到板件减振连接结构的A-A截面时，由于截面积与第一板件7不同，截面的阻抗特性突变造成阻抗失配，一部分能量反射回第一板件7中，仅部分能量透射出去，透射的能量一部分沿着第一连接板1传播，另一部分沿着V型薄板4传播；在振动波沿着第一连接板1传播时，在第一连接板1与弹性薄板3焊接连接位置B-B截面，以及弹性薄板3与第二连接板2焊接连接位置C-C截面，同样由于截面积发生突变，截面的阻抗特性突变造成阻抗失配，一部分能量反射回第一连接板1中，仅部分能量透射出去，透射的能量再沿着第二连接板2传播；在振动波沿着V型薄板4传播时，在V形折角处由于阻抗失配而消耗部分能量；当沿着第二连接板2和沿着V型薄板4传播的振动波汇合到焊接固定面D-D时，同样会由于截面的阻抗特性突变造成阻抗失配，形成振动波的反射而消耗能量。因此，由于振动波在板件减振连接结构传播过程中多个接头处的阻抗失配而反复消耗了振动能量，使得从第一板件7传播到第二板件8的振动能量得到衰减。当振动波从第二板件8传播到第一板件7时，对振动的减振原理一致。

利用振动波叠加时产生的相位差主动消振的原理消耗振动能量：当振动波从第一板件7传递到板件减振连接结构的A-A截面时，透射能量一部分沿着第一连接板1经弹性薄板3和第二连接板2传播（路径1），路径1的传播长度是L，振动波的波动方程为x₁(t)=A₁·sin(2πf·t)，式中f为振动波的频率，A₁为振动波的振幅。另一部分能量沿着V型薄板4传播（路径2），路径2的传播长度是L'=2h/cos(α)，路径2的传播路径大于路径1，路径差为ΔL=2h/cos(α)-L，导致通过路径2传播的振动波滞后于路径1的相位差

式中c为振动波的波速，则振动波的波动方程为

路径1和传播路径2中的两列振动波在D-D截面位置汇合时，对振动频率相同，而相位不同的振动波由振动叠加原理可知，合成后的振动波为：

合成振幅合成振幅A的大小与两列声波的相位差有关。当相位差接近180°时，两列振动波的相位相反，部分能量相互抵消（当A₁=A₂时完全抵消），合成振幅A取最小值，从而达到主动消振的目的。当相位差接近0°时，两列振动波的相位相同，振动波的能量相互叠加，合成振幅A取最大值，从而达不到主动消振的目的。因此，本发明的板件减振连接结构可以巧妙地利用振动传播路径的路径差控制振动波的相位差，从而达到主动消振的原理消耗振动能量。

利用阻尼块阻尼减振原理消耗振动能量：在V型薄板4上粘贴第一阻尼块5，在弹性薄板3上粘贴第二阻尼块6，利用阻尼块阻尼减振原理，耗散V型薄板4和弹性薄板3的振动波能量，将振动能量转化为热能，在振动传播途径上显著阻抑振动波的传递。由于传统阻尼块对薄板结构的阻尼减振效果比厚板结构更加明显，在本发明的板件减振连接结构中，弹性薄板3和V型薄板4的板厚是第一板件7、第二板件8的厚度的一半左右，单块板结构的刚度相对于第一板件7、第二板件8更小，结构件更具有弹性（本发明的板件减振连接结构的整体刚度反而增强），因而用相同性能的阻尼块比直接粘贴在第一板件7、第二板件8上的阻尼减振效果更明显。

利用本发明的板件减振连接结构对板件结构进行连接时，与采用传统的加筋板连接方式相比，从第一板件7传播到第二板件8位置（或从第二板件8传播到第一板件7位置）的振动在5kHz频率范围的平均减振效果可提高5dB以上，且对中高频的减振效果更佳明显。

本发明的板件减振连接结构，可应用于船舶舱室围壁结构、底板结构、车辆壳体结构的减振降噪设计。在设计板件减振连接结构参数时，应对结构传播的振动频率特性进行分析，在满足结构承载强度的要求下选择板件减振连接结构的内部参数，同时兼顾应用时的安装工艺和便于模块化制造的要求。本发明的板件减振连接结构，可以按照一定间距、平行排列方式多次使用，其间距及排列方式的选择可与传统的加筋板连接方式一致，也可以将板件减振连接结构与传统的加筋板结构组合交替使用。

Claims

1.一种板件减振连接结构，其特征在于：由第一连接板、第二连接板、弹性薄板、V型薄板、第一阻尼块和第二阻尼块构成，其中所述弹性薄板的两端分别与所述第一连接板和第二连接板的一端对接固定连接成平板结构，所述弹性薄板的底平面上粘贴有所述第二阻尼块，所述V形薄板的两端分别与所述第一连接板和第二连接板的另一端底平面固定连接成断截面为等腰三角形的整体结构，所述V形薄板的内表面对称粘贴有所述第一阻尼块。

2.根据权利要求1所述的板件减振连接结构，其特征在于：所述的第一连接板、第二连接板、弹性薄板、V型薄板的材质为钢材。

3.根据权利要求1所述的板件减振连接结构，其特征在于：所述的固定连接为焊接连接。

4.根据权利要求1所述的板件减振连接结构，其特征在于：所述的第一和第二阻尼块均为粘弹性阻尼。

5.根据权利要求1所述的板件减振连接结构，其特征在于：所述的第一连接板与第二连接板的长度相等，各为连接结构总长度L的25%。

6.根据权利要求1所述的板件减振连接结构，其特征在于：所述的弹性薄板的厚度为第一连接板或第一连接板厚度的50%，长度为连接结构总长度L的50%。

7.根据权利要求1所述的板件减振连接结构，其特征在于：所述的V型薄板的厚度为第一连接板或第一连接板厚度的50%，高度h的选取为传统板筋结构加强筋的高度H的0.7～1.2倍。

8.根据权利要求1所述的板件减振连接结构，其特征在于：所述的第一阻尼块的宽度与V型薄板宽度相等，长度为V型薄板长度的0.4～0.6倍，厚度为V型薄板厚度的0.5～1.5倍。

9.根据权利要求1所述的板件减振连接结构，其特征在于：所述的第二阻尼块的长度与宽度与弹性薄板的长度与宽度相等，厚度为V型薄板厚度的0.5～1.5倍。