JP7387219B2 - Composite vibration damping support frame using acoustic black hole and its design method - Google Patents
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Description
本発明は、音響ブラックホールによる複合型制振支持構造、及びその設計方法に関し、具体的には、弾性波の伝達を抑制することができる制振支持構造に関する。 The present invention relates to a composite vibration damping support structure using an acoustic black hole and a method for designing the same, and specifically relates to a vibration damping support structure that can suppress the transmission of elastic waves.
船舶には多くの動力機械があって、特にキャビン内には、主機、伝動装置やその他の補機などの動力機械があって、運行時に振動や騒音が不可避的に発生する。よく使われる制振対策は、支持構造の寸法、剛性の変更、振動アイソレータや制振減衰技術であるが、これは支持構造の重量と材料コストを増加させ、また、支持構造の配置と取り付けに対してもより高い要求が求められる。従って、重量や寸法を大きくすることなく、良好な制振効果を確保する新たな支持構造を開発することが期待される。 A ship has many power machines, especially in the cabin, such as a main engine, a transmission device, and other auxiliary machines, which inevitably generate vibration and noise during operation. Frequently used damping measures include changing the dimensions and stiffness of the support structure, vibration isolators and vibration damping techniques, which increase the weight and material costs of the support structure and also make it difficult to place and install the support structure. Even higher demands are placed on them. Therefore, it is expected to develop a new support structure that ensures good vibration damping effects without increasing weight or size.
理想的な音響ブラックホール構造(ABH:Aboustic Black Hole)は断面の厚さが冪関数
制振マスは一般にストリップであり、構造の振動伝達経路に沿って板の接合部に配置され、定常構造が(質量、剛性など)急に変化すると、構造のインピーダンス不整合を引き起こし、曲げ波に対して良好な反射作用を発揮する。 Damping masses are generally strips and are placed at the joints of plates along the vibration transmission path of the structure, so that sudden changes in the steady structure (mass, stiffness, etc.) can cause impedance mismatches in the structure and lead to bending waves. It exhibits a good reflective effect against.
本発明は、音響ブラックホールによる複合型制振支持構造及びその設計方法に関し、音響ブラックホールによる弾性波の集合効果を利用して動力機械から発生する振動を制御し、振動エネルギーの放散と波の伝搬の抑制を実現するとともに、減衰層と防振体を設けて制振効果を向上させる。 The present invention relates to a composite vibration damping support structure using an acoustic black hole and its design method, which controls vibrations generated from a power machine by utilizing the collective effect of elastic waves caused by an acoustic black hole, thereby dissipating vibration energy and suppressing waves. In addition to suppressing propagation, the damping layer and vibration isolator are provided to improve the damping effect.
本発明の目的は、動力機械構造の振動伝達を減少させる制振支持構造を提供することである。 It is an object of the present invention to provide a damping support structure that reduces vibration transmission in power mechanical structures.
上記の目的を達成させるために、本発明は下記技術的解決手段を採用する。 In order to achieve the above object, the present invention adopts the following technical solutions.
支持フレーム本体を含む音響ブラックホールによる複合型制振支持フレームであって、支持フレーム本体は、上面板と少なくとも2枚の垂直ブラケットとから構成される少なくとも1つのドア枠状枠体であり、枠体は、後側にウェブが接続され、下端に防振体が接続され、前記面板の両端に1次元音響ブラックホールくさび構造一と1次元音響ブラックホールくさび構造二がそれぞれ前から後へ設けられ、前記ブラケットは、上部には少なくとも2つの小径の2次元音響ブラックホール一が設けられ、下部には少なくとも2つの大径の2次元音響ブラックホール2が設けられ、前記ウェブには少なくとも2つの2次元音響ブラックホールアレイが設けられ、前記ウェブの両端のそれぞれに1次元音響ブラックホールくさび構造三が設けられ、前記1次元音響ブラックホールくさび構造一、1次元音響ブラックホールくさび構造二、1次元音響ブラックホールくさび構造三、2次元音響ブラックホール構造一、2次元音響ブラックホール構造二は、それぞれ、2次元音響ブラックホールアレイに対応する側の面に減衰層が覆設されている。 A composite vibration damping support frame based on an acoustic black hole, including a support frame body, the support frame body being at least one door frame-like frame body consisting of a top plate and at least two vertical brackets; A web is connected to the rear side of the body, a vibration isolator is connected to the lower end, and a one-dimensional acoustic black hole wedge structure 1 and a one-dimensional acoustic black hole wedge structure 2 are provided at both ends of the face plate from front to back, respectively. , the bracket is provided with at least two small-diameter two-dimensional acoustic black holes 1 in the upper part, at least two large-diameter two-dimensional acoustic black holes 2 in the lower part, and the web is provided with at least two two-dimensional acoustic black holes 2 in the lower part. A dimensional acoustic black hole array is provided, and three one-dimensional acoustic black hole wedge structures are provided at each end of the web, the one-dimensional acoustic black hole wedge structure one, the one-dimensional acoustic black hole wedge structure two, the one-dimensional acoustic The black hole wedge structure 3, the 2-dimensional acoustic black hole structure 1, and the 2-dimensional acoustic black hole structure 2 are each covered with an attenuation layer on the side surface corresponding to the two-dimensional acoustic black hole array.
さらに好ましくは、前記上面板及びウェブはいずれも矩形鋼板であり、ブラケットは直角台形鋼板であり、防振体は断面が矩形の中空又は中実構造用鋼である。 More preferably, the top plate and the web are both rectangular steel plates, the bracket is a right-angled trapezoidal steel plate, and the vibration isolator is hollow or solid structural steel with a rectangular cross section.
さらに好ましくは、前記音響ブラックホールの断面は
さらに好ましくは、前記上面板及びウェブのそれぞれの両端の縁部に1次元音響ブラックホールくさび構造が分布しており、上面板の両端の縁部にサイズの異なる2組の1次元音響ブラックホールくさび構造が分布しており、これらの幅がいずれも上面板の幅の半分である。 More preferably, one-dimensional acoustic black hole wedge structures are distributed on the edges of both ends of the top plate and the web, and two sets of one-dimensional acoustic black hole wedges of different sizes are distributed on the edges of both ends of the top plate. The structures are distributed, and the width of each structure is half the width of the top plate.
さらに好ましくは、前記2次元音響ブラックホールアレイ3のアレイ形態は矩形アレイ又は円形アレイであり、各アレイの2次元音響ブラックホールの数が4~6個である。 More preferably, the array form of the two-dimensional acoustic black hole array 3 is a rectangular array or a circular array, and the number of two-dimensional acoustic black holes in each array is 4 to 6.
さらに好ましくは、前記2次元音響ブラックホール構造一、2次元音響ブラックホール構造二及び2次元音響ブラックホールアレイ3の縁部から板の縁部までの距離、隣接する2つの音響ブラックホールの縁部の距離が0.3rよりも大きく、これにより、構造強度が確保され、制振効果を向上させる。 More preferably, the distance from the edge of the two-dimensional acoustic black hole structure 1, the two-dimensional acoustic black hole structure 2, and the two-dimensional acoustic black hole array 3 to the edge of the plate, the edge of two adjacent acoustic black holes The distance is greater than 0.3r, which ensures structural strength and improves the damping effect.
さらに好ましくは、前記減衰層は、厚さが音響ブラックホールの局所的な厚さの4~10倍であり、粘弾性減衰材料である。 More preferably, said damping layer has a thickness of 4 to 10 times the local thickness of the acoustic black hole and is a viscoelastic damping material.
さらに好ましくは、前記接続は溶接である。 More preferably, said connection is a weld.
上記の目的を達成させるために、本発明が目的を達成させるために採用する別の技術的解決手段は以下のとおりである。 In order to achieve the above object, other technical solutions adopted by the present invention are as follows.
音響ブラックホールによる複合型制振支持フレームの設計方法であって、
振動試験システムを用いて動力機械の振動線スペクトルを測定し、制振開始周波数fを決定するステップS1と、
冪乗則m(一般にはmは2.0~2.5である)を決定し、mが大きい場合、振動が境界に伝わる際の反射係数を著しく低下させることができるが、mが大きいほど製造が困難であり、低周波では平滑性条件を満たさない可能性があるステップS2と、
音響ブラックホールの特徴サイズr(1次元音響ブラックホールは長さ、2次元音響ブラックホールは半径)を計算するステップS3であって、
S3-1:音響ブラックホール集合効果の制振開始周波数から変換して
S3-2:上面板(1)及びブラケット(2)の音響ブラックホールに対して、より大きい組の1次元音響ブラックホールくさび構造一(1-2)、2次元音響ブラックホール構造二(2-2)のパラメータを
音響ブラックホールの断面関数を計算するステップS4であって、
S4-1:1次元音響ブラックホールくさび構造一(1-1)、1次元音響ブラックホールくさび構造三(3-1)、2次元音響ブラックホール構造一(2-1)、2次元音響ブラックホールアレイ(3-2)の断面関数h1(x)を計算し、ε1は、板厚hと音響ブラックホールの特徴サイズr1により决定され、
S4-2:1次元音響ブラックホールくさび構造二(1-2)、2次元音響ブラックホール構造二(2-2)の断面関数を計算し、
反射係数を曲げ波の出力量と入力量との比として計算し、
減衰が貼り付けられていない場合、音響ブラックホールの非常に小さい局所的な厚さも反射係数を大きくし、音響ブラックホールの波集合効果を低下させる。1次元音響ブラックホールの反射係数式を用いて各音響ブラックホール構造の反射係数を迅速に評価し、
減衰層が覆設されていない場合、音響ブラックホール及び支持構造の減衰損失係数は比較的に小さく、また音響ブラックホールの局部的な厚さが不可避的に存在するため、支持構造の制振効果は明らかではなく、音響ブラックホールの中心領域に減衰層を敷設することで、音響ブラックホール構造の反射係数を効果的に抑制することができ、
減衰層の半径(又は長さ)が音響ブラックホールの特徴サイズrの0.5倍よりも大きくなければならず、振動エネルギーの殆どは音響ブラックホールの中心領域で消費されてしまうので、減衰層は可能な限りすべての領域をカバーするように音響ブラックホールの中心領域に貼り付けられなければならず、
より厚い減衰層δは音響ブラックホールの制振効果を高めることができ、音響ブラックホールの制振効果と経済性を両立させるために、一般的に制振材料の損失係数を0.5より大きくし、減衰層の厚さを局所的な厚さh0の4~10倍とし、制振周波数帯域内の反射係数を0.5以内に制御するステップS5と、
平滑性条件:
平滑性条件及び反射係数の制御要件を満たさない場合、条件の要件を満たすまでS2及びそれ以降のステップを繰り返すステップS6と、を含む。
A method for designing a composite vibration damping support frame using an acoustic black hole, the method comprising:
Step S1 of measuring the vibration line spectrum of the power machine using a vibration test system and determining the vibration suppression start frequency f;
Determine the power law m (generally m is 2.0 to 2.5), and if m is large, the reflection coefficient when vibration is transmitted to the boundary can be significantly reduced; step S2, which is difficult to manufacture and may not satisfy the smoothness condition at low frequencies;
Step S3 of calculating the feature size r of the acoustic black hole (length for a one-dimensional acoustic black hole, radius for a two-dimensional acoustic black hole),
S3-1: Converting from the damping start frequency of the acoustic black hole collective effect
S3-2: For the acoustic black hole of the top plate (1) and bracket (2), a larger set of one-dimensional acoustic black hole wedge structure 1 (1-2) and two-dimensional acoustic black hole structure 2 (2- 2) parameters
Step S4 of calculating a cross-sectional function of an acoustic black hole,
S4-1: 1-dimensional acoustic black hole wedge structure 1 (1-1), 1-dimensional acoustic black hole wedge structure 3 (3-1), 2-dimensional acoustic black hole structure 1 (2-1), 2-dimensional acoustic black hole Calculate the cross-sectional function h 1 (x) of the array (3-2), ε 1 is determined by the plate thickness h and the characteristic size r 1 of the acoustic black hole,
S4-2: Calculate the cross-sectional functions of one-dimensional acoustic black hole wedge structure 2 (1-2) and two-dimensional acoustic black hole structure 2 (2-2),
Calculate the reflection coefficient as the ratio of the output amount and input amount of the bending wave,
If no damping is applied, the very small local thickness of the acoustic black hole also increases the reflection coefficient and reduces the wave-gathering effect of the acoustic black hole. Quickly evaluate the reflection coefficient of each acoustic black hole structure using the one-dimensional acoustic black hole reflection coefficient formula,
When the damping layer is not covered, the damping loss coefficient of the acoustic black hole and the supporting structure is relatively small, and the damping effect of the supporting structure is reduced due to the unavoidable local thickness of the acoustic black hole. is not clear, and by placing an attenuation layer in the central region of the acoustic black hole, the reflection coefficient of the acoustic black hole structure can be effectively suppressed.
The radius (or length) of the damping layer must be larger than 0.5 times the feature size r of the acoustic black hole, and most of the vibrational energy will be dissipated in the central region of the acoustic black hole. must be pasted in the central area of the acoustic black hole to cover all possible areas,
A thicker damping layer δ can enhance the damping effect of the acoustic black hole, and in order to achieve both the damping effect of the acoustic black hole and economic efficiency, the loss coefficient of the damping material is generally set to be larger than 0.5. and a step S5 of setting the thickness of the damping layer to 4 to 10 times the local thickness h 0 and controlling the reflection coefficient within the damping frequency band to within 0.5;
Smoothness condition:
If the smoothness condition and the reflection coefficient control requirements are not satisfied, step S6 is included in which S2 and subsequent steps are repeated until the condition requirements are satisfied.
本発明の動作原理は次の通りである。本発明は、音響ブラックホール効果を利用し、構造インピーダンスの変化により、構造中の波の位相速度と群速度を変化させ、構造の局所領域で波の集合を実現する。薄板構造では、インピーダンスの変化が板の厚さをある指数形式で変化させることによって実現される場合、曲げ波の速度は厚さの減少に伴って徐々に減少し、波長は圧縮され、振幅は増加し、理想的には波の速度は0に減少し、これにより、反射は発生しない。また、インピーダンス不整合の原理を利用して、支持構造における防振体は動力機械により生じた振動波の船体構造への伝播を抑制する。振動が面板から船体に伝わる過程で、音響ブラックホールに局所的な厚さが存在するため、音響ブラックホールは曲げ波を完全に吸収できず、一部の波は「脱出」してしまい、また、ブラケット、ウェブは曲げ剛性が防振体よりも小さく、一部の曲げ波を反射し、反射した曲げ波はブラケットとウェブの中を伝播して音響ブラックホールの領域に再び入り、これにより、音響ブラックホールの波集合効果が高まる。 The operating principle of the present invention is as follows. The present invention utilizes the acoustic black hole effect to change the phase velocity and group velocity of waves in the structure by changing the structural impedance, and realizes the aggregation of waves in a local region of the structure. In a thin plate structure, if the change in impedance is achieved by varying the thickness of the plate in some exponential form, the velocity of the bending wave gradually decreases with decreasing thickness, the wavelength is compressed, and the amplitude is increases and ideally the wave velocity decreases to zero so that no reflections occur. Also, by utilizing the principle of impedance mismatch, the vibration isolators in the support structure suppress the propagation of vibration waves generated by the power machinery to the hull structure. In the process of vibrations being transmitted from the faceplate to the hull, the acoustic black hole cannot absorb the bending waves completely because of the local thickness of the acoustic black hole, and some waves will "escape" and , the bracket and the web have lower bending stiffness than the vibration isolator and reflect some of the bending waves, and the reflected bending waves propagate inside the bracket and the web and re-enter the acoustic black hole region, thereby The wave aggregation effect of the acoustic black hole increases.
音響ブラックホールは、第1カットオフ周波数
動力機械により生じる振動は、面板からブラケット又はウェブに伝わる。振動波がブラケット上を伝わると、波は音響ブラックホール構造内に集合する。音響ブラックホールの波集合効果により、音響ブラックホールの中心領域の波幅が比較的大きく、音響ブラックホール領域の表面に減衰層が貼り付けられており、減衰層はせん断変形を利用して機械エネルギーを熱エネルギーに変換し、振動エネルギーを消費する。 Vibrations caused by the power machine are transmitted from the face plate to the bracket or web. As vibrational waves propagate over the bracket, the waves collect within the acoustic black hole structure. Due to the wave aggregation effect of the acoustic black hole, the wave width in the central region of the acoustic black hole is relatively large, and a damping layer is pasted on the surface of the acoustic black hole region, and the damping layer uses shear deformation to transfer mechanical energy. Converts into thermal energy and consumes vibrational energy.
本発明の有益な効果は以下のとおりである。 The beneficial effects of the present invention are as follows.
本発明は、動力機械を支持しながら動力機械により生じる振動エネルギーを散逸し、音響ブラックホールのエネルギー集合効果、減衰制振設計技術及びインピーダンス不整合の原理を総合的に利用して、曲げ波の制御と振動エネルギーの散逸を行うことで、制振の目的を達成させ、将来性が期待でき、船舶の各種動力機械の支持構造に適用することができる。本発明は、一般的な支持構造の形態と比べて、制振効果がより明らかであり、500Hz以上の周波数帯域での平均制振効果が7dB以上に達し、制振バンドギャップが70%に達し、船舶動力機械の制振・騒音低減に重要な応用価値がある。面板とウェブの両端にある1次元音響ブラックホールの大きさは同じではなく、ブラケットにある上下2組の音響ブラックホールの半径も同じではなく、これにより、音響ブラックホールの制振周波数帯域が広くなる。また、制振マスと減衰の導入は、音響ブラックホールの集合効果を向上させる。波はブラックホール領域内に集合されるので、支持構造体本体全体ではなく、この領域のみに減衰層が設けられ、これによって、材料の使用量が減少し、製造コストが低下する。また、通常のブラケットと比較して、音響ブラックホール構造が導入されているため、同じ厚さであっても、支持構造本体の質量が減少する。支持構造の制振孔構造に代えて音響ブラックホール構造を採用したので、制振孔型支持構造と比較して、支持構造の強度に影響を与えることがなく、弾性的に取り付けたり剛性的に取り付けたりする場合に動力機械を支持することができ、動力機械の振動伝達を低減することができる。 The present invention dissipates the vibration energy generated by the power machine while supporting the power machine, and comprehensively utilizes the energy gathering effect of an acoustic black hole, damping vibration damping design technology, and the principle of impedance mismatch to reduce bending waves. By performing control and dissipation of vibration energy, the purpose of vibration damping can be achieved, and it has promising future potential and can be applied to support structures of various power machines on ships. The present invention has a more obvious vibration damping effect than a general support structure, with an average vibration damping effect of 7 dB or more in a frequency band of 500 Hz or more, and a damping band gap of 70%. , has important application value in vibration damping and noise reduction of marine power machinery. The size of the one-dimensional acoustic black holes at both ends of the face plate and the web is not the same, and the radius of the two sets of upper and lower acoustic black holes on the bracket is also not the same, which allows the damping frequency band of the acoustic black hole to be wide. Become. Also, the introduction of damping mass and damping improves the collective effect of acoustic black holes. Since the waves are concentrated within the black hole region, a damping layer is provided only in this region rather than the entire support structure body, which reduces material usage and manufacturing costs. In addition, compared to ordinary brackets, the mass of the support structure body is reduced even with the same thickness because the acoustic black hole structure is introduced. Since we adopted an acoustic black hole structure in place of the damping hole structure of the support structure, it does not affect the strength of the support structure compared to damping hole type support structures, and can be attached elastically or rigidly. The power machine can be supported when the power machine is installed, and vibration transmission of the power machine can be reduced.
図1~10に示すように、本発明の音響ブラックホールによる複合型制振支持フレームは、船舶の動力機械を支持するとともに、伝達経路における振動エネルギーを消費するものである。上面板1、ブラケット2、ウェブ3、防振体4、1次元音響ブラックホールくさび構造一1-1、1次元音響ブラックホールくさび構造二1-2と1次元音響ブラックホールくさび構造三3-1、ブラケット2次元音響ブラックホール一2-1と2次元音響ブラックホール構造二2-2、ウェブ2次元音響ブラックホールアレイ3-2、及び減衰層5を含む。 As shown in FIGS. 1 to 10, the composite vibration damping support frame using an acoustic black hole of the present invention supports a power machine of a ship and consumes vibration energy in a transmission path. Top plate 1, bracket 2, web 3, vibration isolator 4, one-dimensional acoustic black hole wedge structure 1-1, one-dimensional acoustic black hole wedge structure two 1-2, and one-dimensional acoustic black hole wedge structure three 3-1. , a bracket two-dimensional acoustic black hole 1 2-1, a two-dimensional acoustic black hole structure 2-2, a web two-dimensional acoustic black hole array 3-2, and a damping layer 5.
動力機械の重量は上面板1、ブラケット2及びウェブ3によって支持される。 The weight of the power machine is supported by the top plate 1, brackets 2 and webs 3.
上面板1は、材料が鋼材であって、形状が矩形である。上面板1の下端面とブラケット2、ウェブ3の上端面とは溶接によって接続される。上面板1の両端の縁部には1次元音響ブラックホールくさび構造一1-1、1次元音響ブラックホールくさび構造二1-2を有し、1次元音響ブラックホールの領域の平面に減衰層5が貼り付けられている。 The top plate 1 is made of steel and has a rectangular shape. The lower end surface of the top plate 1 and the upper end surfaces of the bracket 2 and the web 3 are connected by welding. The upper plate 1 has a one-dimensional acoustic black hole wedge structure 1-1 and a one-dimensional acoustic black hole wedge structure 2 1-2 on both edges, and a damping layer 5 is provided on the plane of the one-dimensional acoustic black hole area. is pasted.
ブラケット2は、材料が鋼材であって、形状が直角台形あり、上端面が上面板1に溶接により接続され、一方側の端面がウェブ3に溶接により接続され、ブラケット2には2次元音響ブラックホール構造一2-1と2次元音響ブラックホール構造二2-2が設けられ、より小さい組の2次元音響ブラックホール構造一2-1は台形の上底に接近して配置され、より大きい組の2次元音響ブラックホール構造二2-2は台形の上底に接近して配置される。2次元音響ブラックホールの領域の平面の一方側に減衰層5が貼り付けられている。 The bracket 2 is made of steel, has a right-angled trapezoidal shape, has an upper end surface connected to the top plate 1 by welding, and one end surface connected to the web 3 by welding. A hole structure 1 2-1 and a two-dimensional acoustic black hole structure 2-2 are provided, the smaller set of the two-dimensional acoustic black hole structure 2-1 is placed close to the upper base of the trapezoid, and the larger set The two-dimensional acoustic black hole structure 22-2 is placed close to the upper base of the trapezoid. A damping layer 5 is pasted on one side of the plane of the two-dimensional acoustic black hole region.
ウェブ3は、材料が鋼材であって、形状が矩形であり、上端面が上面板1に溶接により接続され、ブラケット2の一方側の端面に溶接により接続され、ウェブ3には2次元音響ブラックホールアレイ3-2が付設され、2次元音響ブラックホールの領域の平面の一方側に減衰層5が貼り付けられている。 The web 3 is made of steel, has a rectangular shape, has an upper end surface connected to the top plate 1 by welding, is connected to one end surface of the bracket 2 by welding, and has a two-dimensional acoustic black A hole array 3-2 is attached, and a damping layer 5 is pasted on one side of the plane of the two-dimensional acoustic black hole region.
防振体4の横断面は矩形で、横断面の幅はウェブ3又はブラケット2の厚さの5~10倍であり、防振体4はブラケット2とウェブ3の下端に設けられ、ブラケット2及びウェブ3の下端面はそれぞれ前記防振体4の接続面の中央に溶接されている。 The cross section of the vibration isolator 4 is rectangular, and the width of the cross section is 5 to 10 times the thickness of the web 3 or the bracket 2. The vibration isolator 4 is provided at the lower end of the bracket 2 and the web 3, and The lower end surfaces of the webs 3 and 3 are welded to the center of the connection surface of the vibration isolator 4, respectively.
減衰層5は粘弾性減衰材料で、アスファルト、水可溶化物、ラテックス、エポキシ樹脂などの適切な添加充填材と溶剤とから構成することができ、鋼板と減衰層5は高強度接着剤で接着されて一体構造になる。 The damping layer 5 is a viscoelastic damping material, which can be composed of suitable additive fillers and solvents such as asphalt, water solubilized, latex, epoxy resin, etc., and the steel plate and the damping layer 5 are bonded with a high-strength adhesive. It becomes an integrated structure.
音響ブラックホールによる複合型制振支持フレームの設計方法は、下記ステップを含む(図11を参照)。
S1:振動試験システムを用いて動力機械の振動線スペクトルを測定し、制振開始周波数fを決定する。
S2:冪乗則m(一般にはmは2.0~2.5である)を決定し、mが大きい場合、振動が境界に伝わる際の反射係数を著しく低下させることができるが、mが大きいほど製造が困難であり、低周波では平滑性条件を満たさない可能性がある。
S3:音響ブラックホールの特徴サイズr(1次元音響ブラックホールは長さ、2次元音響ブラックホールは半径)を計算する。
S3-1:音響ブラックホール集合効果の制振開始周波数から変換して
S3-2:上面板1及びブラケット2の音響ブラックホールに対して、より大きい組の1次元音響ブラックホールくさび構造一1-2、2次元音響ブラックホール構造二2-2のパラメータを
S4:音響ブラックホールの断面関数を計算する。
S4-1:1次元音響ブラックホールくさび構造一1-1、1次元音響ブラックホールくさび構造三3-1、2次元音響ブラックホール構造一2-1、2次元音響ブラックホールアレイ3-2の断面関数h1(x)を
S4-2:1次元音響ブラックホールくさび構造二1-2、2次元音響ブラックホール構造二2-2の断面関数を計算し、
S5:反射係数を曲げ波の出力量と入力量との比として計算し、
減衰が貼り付けられていない場合、音響ブラックホールの非常に小さい局所的な厚さも反射係数を大きくし、音響ブラックホールの波集合効果を低下させる。1次元音響ブラックホールの反射係数式を用いて各音響ブラックホール構造の反射係数を迅速に評価する。
The design method of a composite damping support frame using an acoustic black hole includes the following steps (see FIG. 11).
S1: Measure the vibration line spectrum of the power machine using a vibration test system, and determine the vibration damping start frequency f.
S2: Determine the power law m (generally m is 2.0 to 2.5). If m is large, the reflection coefficient when vibration is transmitted to the boundary can be significantly reduced, but if m is The larger the size, the more difficult it is to manufacture, and the smoothness condition may not be satisfied at low frequencies.
S3: Calculate the feature size r of the acoustic black hole (length for a one-dimensional acoustic black hole, radius for a two-dimensional acoustic black hole).
S3-1: Converting from the damping start frequency of the acoustic black hole collective effect
S3-2: For the acoustic black hole of the top plate 1 and bracket 2, set the parameters of the larger set of one-dimensional acoustic black hole wedge structure 1-1-2 and two-dimensional acoustic black hole structure 2-2.
S4: Calculate the cross-sectional function of the acoustic black hole.
S4-1: Cross sections of one-dimensional acoustic black hole wedge structure 1-1, one-dimensional acoustic black hole wedge structure 3-1, two-dimensional acoustic black hole structure 2-1, and two-dimensional acoustic black hole array 3-2. Function h 1 (x)
S4-2: Calculate the cross-sectional functions of one-dimensional acoustic black hole wedge structure 21-2 and two-dimensional acoustic black hole structure 22-2,
S5: Calculate the reflection coefficient as the ratio of the output amount and input amount of the bending wave,
If no damping is applied, the very small local thickness of the acoustic black hole also increases the reflection coefficient and reduces the wave-gathering effect of the acoustic black hole. We quickly evaluate the reflection coefficient of each acoustic black hole structure using the one-dimensional acoustic black hole reflection coefficient formula.
減衰層が覆設されていない場合、音響ブラックホール及び支持構造の減衰損失係数は比較的小さく、また音響ブラックホールの局部的な厚さが不可避的に存在するため、支持構造の制振効果は明らかではなく、音響ブラックホールの中心領域に減衰層を敷設することで、音響ブラックホール構造の反射係数を効果的に抑制することができ、
減衰層の半径(又は長さ)が音響ブラックホールの特徴サイズrの0.5倍よりも大きくなければならず、振動エネルギーの殆どは音響ブラックホールの中心領域で消費されてしまうので、減衰層は可能な限りすべての領域をカバーするように音響ブラックホールの中心領域に貼り付けられなければならず、
より厚い減衰層δは音響ブラックホールの制振効果を高めることができ、音響ブラックホールの制振効果と経済性を両立させるために、一般的に制振材料の損失係数を0.5より大きくし、減衰層の厚さを局所的な厚さh0の4~10倍とし、制振周波数帯域内の反射係数を0.5以内に制御する。
S6:平滑性条件:
平滑性条件及び反射係数の制御要件を満たさない場合、条件の要件を満たすまでS2及びそれ以降のステップを繰り返す。
If the damping layer is not covered, the damping loss coefficient of the acoustic black hole and the supporting structure is relatively small, and the local thickness of the acoustic black hole is unavoidable, so the damping effect of the supporting structure is It is not obvious that by laying a damping layer in the central region of the acoustic black hole, the reflection coefficient of the acoustic black hole structure can be effectively suppressed.
The radius (or length) of the damping layer must be larger than 0.5 times the feature size r of the acoustic black hole, and most of the vibrational energy will be dissipated in the central region of the acoustic black hole. must be pasted in the central area of the acoustic black hole to cover all possible areas,
A thicker damping layer δ can enhance the damping effect of the acoustic black hole, and in order to achieve both the damping effect of the acoustic black hole and economic efficiency, the loss coefficient of the damping material is generally set to be larger than 0.5. The thickness of the damping layer is set to 4 to 10 times the local thickness h 0 and the reflection coefficient within the damping frequency band is controlled within 0.5.
S6: Smoothness condition:
If the smoothness condition and the reflection coefficient control requirements are not met, S2 and subsequent steps are repeated until the condition requirements are met.
Claims (9)
前記支持フレーム本体は、上面板(1)と少なくとも2枚の垂直ブラケット(2)とから構成される少なくとも1つのドア枠状枠体であり、前記枠体は、後側にウェブ(3)が接続され、下端に防振体(4)が接続され、前記上面板(1)の両端に1次元音響ブラックホールくさび構造一(1-1)と1次元音響ブラックホールくさび構造二(1-2)がそれぞれ前から後へ設けられ、前記ブラケット(2)は、上部には少なくとも2つの小径の2次元音響ブラックホール一(2-1)が設けられ、下部には少なくとも2つの大径の2次元音響ブラックホール2(2-2)が設けられ、前記ウェブ(3)には少なくとも2つの2次元音響ブラックホールアレイ(3-2)が設けられ、前記ウェブ(3)の両端のそれぞれに1次元音響ブラックホールくさび構造三(3-1)が設けられ、前記1次元音響ブラックホールくさび構造一(1-1)、1次元音響ブラックホールくさび構造二(1-2)、2次元音響ブラックホール構造一(2-1)、2次元音響ブラックホール構造二(2-2)、1次元音響ブラックホールくさび構造三(3-1)は、それぞれ、2次元音響ブラックホールアレイ(3-2)に対応する側の面に減衰層(5)が覆設されている、ことを特徴とする複合型制振支持フレーム。 A composite vibration damping support frame using an acoustic black hole including a support frame main body,
The support frame body is at least one door frame-like frame body composed of a top plate (1) and at least two vertical brackets (2), and the frame body has a web (3) on the rear side. A vibration isolator (4) is connected to the lower end, and a one-dimensional acoustic black hole wedge structure 1 (1-1) and a one-dimensional acoustic black hole wedge structure 2 (1-2) are connected to both ends of the upper plate (1). ) are provided from front to back, respectively, and the bracket (2) is provided with at least two small-diameter two-dimensional acoustic black holes (2-1) in the upper part, and at least two large-diameter two-dimensional acoustic black holes (2-1) in the lower part. A dimensional acoustic black hole 2 (2-2) is provided, and said web (3) is provided with at least two two-dimensional acoustic black hole arrays (3-2), one at each end of said web (3). A three-dimensional acoustic black hole wedge structure (3-1) is provided, the one-dimensional acoustic black hole wedge structure one (1-1), the one-dimensional acoustic black hole wedge structure two (1-2), and the two-dimensional acoustic black hole. Structure 1 (2-1), 2-dimensional acoustic black hole structure 2 (2-2), and 1-dimensional acoustic black hole wedge structure 3 (3-1) are each connected to a 2-dimensional acoustic black hole array (3-2). A composite vibration damping support frame characterized in that a damping layer (5) is covered on the corresponding side surface.
前記1次元音響ブラックホールは断面が法線方向に引き伸ばされたくさび構造であり、2次元音響ブラックホールは断面がy軸の周りに回転してなる窪み構造である、ことを特徴とする請求項1に記載の音響ブラックホールによる複合型制振支持フレーム。 The cross section of the acoustic black hole is
The one-dimensional acoustic black hole has a wedge structure with a cross section stretched in the normal direction, and the two-dimensional acoustic black hole has a cross section with a concave structure rotated around the y-axis. A composite vibration damping support frame using the acoustic black hole described in 1.
振動試験システムを用いて動力機械の振動線スペクトルを測定し、制振開始周波数fを決定するステップS1と、
冪乗則m(mは2.0~2.5である)を決定し、mが大きい場合、振動が境界に伝わる際の反射係数を著しく低下させることができるが、mが大きいほど製造が困難であり、低周波では平滑性条件を満たさない可能性があるステップS2と、
音響ブラックホールの特徴サイズr(1次元音響ブラックホールの特徴サイズrは長さ、2次元音響ブラックホールの特徴サイズrは半径)を計算するステップS3であって、具体的な内容及びステップとしては、
S3-1:音響ブラックホール集合効果の制振開始周波数から変換して
S3-2:上面板(1)及びブラケット(2)の音響ブラックホールに対して、大きい方の組の1次元音響ブラックホールくさび構造一(1-2)、2次元音響ブラックホール構造二(2-2)のパラメータを
音響ブラックホールの断面関数を計算するステップS4であって、具体的な内容及びステップとしては、
S4-1:1次元音響ブラックホールくさび構造一(1-1)、1次元音響ブラックホールくさび構造三(3-1)、2次元音響ブラックホール構造一(2-1)、2次元音響ブラックホールアレイ(3-2)の断面関数h1(x)を計算し、ε1は、板厚hと音響ブラックホールの特徴サイズr1により決定され、
S4-2:1次元音響ブラックホールくさび構造二(1-2)、2次元音響ブラックホール構造二(2-2)の断面関数を計算し、
反射係数を曲げ波の出力量と入力量との比として計算し、
減衰が貼り付けられていない場合、音響ブラックホールの非常に小さい局所的な厚さも反射係数を大きくし、音響ブラックホールの波集合効果を低下させ、
1次元音響ブラックホールの反射係数式を用いて各音響ブラックホール構造の反射係数を迅速に評価し、
減衰層が覆設されていない場合、音響ブラックホール及び支持構造の減衰損失係数は比較的小さく、また音響ブラックホールの局部的な厚さが不可避的に存在するため、支持構造の制振効果は明らかではなく、音響ブラックホールの中心領域に減衰層を敷設することで、音響ブラックホール構造の反射係数を効果的に抑制することができ、
減衰層の半径又は長さが音響ブラックホールの特徴サイズrの0.5倍よりも大きくなければならず、振動エネルギーの殆どは音響ブラックホールの中心領域で消費されてしまうので、減衰層は可能な限りすべての領域をカバーするように音響ブラックホールの中心領域に貼り付けられなければならず、
より厚い減衰層δは音響ブラックホールの制振効果を高めることができ、音響ブラックホールの制振効果と経済性を両立させるために、一般的に制振材料の損失係数を0.5より大きくし、減衰層の厚さを局所的な厚さh0の4~10倍とし、制振周波数帯域内の反射係数を0.5以内に制御するステップS5と、
平滑性条件:
平滑性条件及び反射係数の制御要件を満たさない場合、条件の要件を満たすまでS2及びそれ以降のステップを繰り返すステップS6と、を含む、ことを特徴とする方法。 A method for designing a composite vibration damping support frame using an acoustic black hole according to any one of claims 1 to 8, comprising:
Step S1 of measuring the vibration line spectrum of the power machine using a vibration test system and determining the vibration suppression start frequency f;
Determine the power law m (m is 2.0 to 2.5), and if m is large, the reflection coefficient when vibration is transmitted to the boundary can be significantly reduced, but the larger m is, the more difficult it is to manufacture. step S2, which is difficult and may not satisfy the smoothness condition at low frequencies;
Step S3 of calculating the feature size r of the acoustic black hole (the feature size r of the one-dimensional acoustic black hole is the length, and the feature size r of the two-dimensional acoustic black hole is the radius), the specific contents and steps are as follows. ,
S3-1: Converting from the damping start frequency of the acoustic black hole collective effect
S3-2: For the acoustic black hole on the top plate (1) and bracket (2), the larger set of one-dimensional acoustic black hole wedge structure 1 (1-2) and two-dimensional acoustic black hole structure 2 (2) -2) parameters
Step S4 of calculating the cross-sectional function of the acoustic black hole, the specific contents and steps are as follows:
S4-1: 1-dimensional acoustic black hole wedge structure 1 (1-1), 1-dimensional acoustic black hole wedge structure 3 (3-1), 2-dimensional acoustic black hole structure 1 (2-1), 2-dimensional acoustic black hole Calculate the cross-sectional function h 1 (x) of the array (3-2), ε 1 is determined by the plate thickness h and the feature size r 1 of the acoustic black hole,
S4-2: Calculate the cross-sectional functions of one-dimensional acoustic black hole wedge structure 2 (1-2) and two-dimensional acoustic black hole structure 2 (2-2),
Calculate the reflection coefficient as the ratio of the output amount and input amount of the bending wave,
If no damping is applied, the very small local thickness of the acoustic black hole also increases the reflection coefficient, reducing the wave aggregation effect of the acoustic black hole,
Quickly evaluate the reflection coefficient of each acoustic black hole structure using the one-dimensional acoustic black hole reflection coefficient formula,
If the damping layer is not covered, the damping loss coefficient of the acoustic black hole and the supporting structure is relatively small, and the local thickness of the acoustic black hole is unavoidable, so the damping effect of the supporting structure is It is not obvious that by laying a damping layer in the central region of the acoustic black hole, the reflection coefficient of the acoustic black hole structure can be effectively suppressed.
The damping layer is possible because the radius or length of the damping layer must be larger than 0.5 times the feature size r of the acoustic black hole, and most of the vibrational energy will be dissipated in the central region of the acoustic black hole. must be attached to the central area of the acoustic black hole to cover as much of the area as possible,
A thicker damping layer δ can enhance the damping effect of the acoustic black hole, and in order to achieve both the damping effect of the acoustic black hole and economic efficiency, the loss coefficient of the damping material is generally set to be larger than 0.5. and step S5 of setting the thickness of the damping layer to 4 to 10 times the local thickness h 0 and controlling the reflection coefficient within the damping frequency band to within 0.5;
Smoothness condition:
If the smoothness condition and the reflection coefficient control requirements are not met, the method is characterized in that it includes a step S6 of repeating S2 and subsequent steps until the requirements of the conditions are met.
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