авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН ...»

-- [ Страница 2 ] --

Шум такого оборудования проникает из цехов и помещений через элементы ограждающих конструкций (окна, въездные ворота и двери) на территорию предприятия и далее распространяется в прилегающую застройку. Проблемы с превышением нормативных значений уровней шума в жилой застройке при работе такого рода оборудования возникают в летнее время года вследствие открытых въездных ворот, дверей, окон цехов и помещений ремзоны. Шумозащитные мероприятия для таких случаев – работа указанного технологического оборудования при плотно закрытых воротах, дверных проемах и окнах. Воздухообмен внутри цехов и помещений должен, соответствовать нормативным требованиям, которые должны обеспечивать системы приточно-вытяжной вентиляции с механическим побуждением.

Технологическое оборудование линии ТО (динамометрические машины), мойки (механическая мойка, моечные аппараты, пеногенераторы, пылеводососы), малярные участки (подготовительное и покрасочное оборудование), оборудование столярного цеха (циркулярные пилы, электрорубанки и т. п.) находится в соответствующих помещениях. Мероприятия по снижению уровней шума, излучаемого таким технологическим оборудованием, аналогичны шумозащитным мероприятиям, рассмотренным для технологического оборудования ремзоны. Иногда в качестве дополнительных шумозащитных мероприятий можно рекомендовать увеличение звукоизоляции въездных ворот, дверей, окон цехов и помещений.

Вентиляционное оборудование, обслуживающее цеха и помещения автотранспортного предприятия, должно обеспечивать нормативные параметры воздухообмена.

Вентиляторы должны быть большой производительности. Вентиляторы, как правило, устанавливаются открыто на кровлях зданий или на территории предприятия около фасадов зданий (см.

рис 1, 2).

Мероприятия по снижению уровней излучаемого шума, если таковые требуются, обычно сводятся к установке шумоглушителей на воздуховодах нагнетания и в трактах воздухозаборов вентсистем, а также к выполнению шумозащитных кожухов и укрытий для вентиляторов. Шумозащитные кожухи выполняются для радиальных и канальных вентиляторов, а шумозащитные укрытия - для крышных вентиляторов. В редких случаях для экранирования шума от вентиляторов, расположенных открыто, со стороны застройки могут применяться шумозащитные экраны. В некоторых случаях рекомендуется замена вентиляторов на менее шумные.

Установка глушителей в ряде случаев невозможна из-за того, что кровля здания не приспособлена для дополнительной нагрузки. Например, в рассматриваемой покрасочной камере предприятия ООО "РОЛЬФ - Сити" вес глушителей составляет для вентагрегатов систем П7 и В7 - 1000кГ и 1500кГ, и, соответственно, будет превышать допустимую нагрузку на крышу корпуса предприятия.

Рис.1 Рис XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации После изменения направленности До изменения направленности притока и вытяжки притока и вытяжки Рис. Одним из реализованных на практике решений является установка взамен глушителей на приточный и выхлопной воздуховоды облегченных конструкций поворотных экранов, облицо-ванных звукопоглощающими материалами (рис.3). Эффективность предлагаемых мероприятий под-тверждена расчетами уровней шумового воздействия, натурными измерениями, и была достаточна для снижения шума в расчетных точках у жилого дома на расстоянии 80м и на границе частного садового участка с 1 этажным жилым домом №20 по Хибинскому проезду. В таблице 1 представлены уровни шума, измеренные на разные на расстоянии 2м от покрасочной камеры до и после проведения мероприятий по снижению шума.

Таблица 1.

Уровни Среднегеометрические частоты звука, октавных полос в Гц NN пп Определяемые величины дБА 63 125 250 500 1000 2000 4000 Значения определяемых величин 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Уровни звукового давления и звука на расстоянии 2м от покрасочной камеры:

До обесшумливающих меро 1. 79 74 73 86 78 69 66 54 приятий после обесшумливающих ме 2. 67 68 65 74 64 57 47 42 роприятий эффективность обесшумлива 3. 12 6 8 12 14 12 19 12 ливающих мероприятий Компрессорное оборудование различных участков автотранспортного предприятия – ремзоны, малярного участка, мойки и лр. обычно располагается в отдельных помещениях. Шум компрессоров из помещений излучается через воздухозаборные решетки. В редких случаях компрессорное оборудование может располагаться открыто на территории автотранспортного предприятия. Некоторые виды компрессоров, в том числе мобильные, передвижные по территории компрессоры могут являться источниками инфразвука или низкочастотного звука. Измерения, выполненные органами Госсанэпиднадзора по жалобе жителей в жилой квартире близрасположенного дома, выявили повышение инфразвука над фоновым значением на 10дБ в октавной полосе со среднегеометрической частотой 20Гц от передвижного компрессора «ГАРО».

Шумозащитные мероприятия предполагают установку шумоглушителей в тракте воздухозабора и облицовку шумопоглощающим материалом стен и потолка помещений, в которых располагаются компрессоры. Если компрессоры установлены открыто, то в качестве шумозащитных мероприятий рекомендуется выполнение шумозащитных укрытий с глушителями шума на воздухозаборах.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации Передвижные компрессоры рекомендуется устанавливать по возможности удаленными от селитебной территории, а также использовать постройки на территории предприятия как экраны.

Исправное современное насосное оборудование АЗС, как правило, не оказывает повышенного шумового воздействия на прилегающую застройку и другие нормируемые территориипо причине его достаточного удаления от застройки и территорий. Но старое или неисправное оборудование может оказывать повышенное шумовое воздействие. В таких случаях шумозащитные мероприятия сводятся к замене шумного или ремонту неисправного насосного оборудования.

Системы кондиционирования и холодильное оборудование имеют наружные конденсаторные блоки, которые устанавливаются открыто на кровлях, фасадах или на территории автотранспортного предприятия. Причем наружные конденсаторные блоки холодильного оборудования работают круглосуточно. Возможные шумозащитные мероприятия: изменение размещения конденсаторных блоков, выполнение акустических экранов и шумозащитных укрытий, замена блоков на менее шумные.

Автотранспорт при его заезде, выезде и движении по территории АТП является распространенным источником шумового воздействия на прилегающую застройку. При движении единичных автотранспортных средств по территории автотранспортного предприятия их шумовое воздействие оценивается по максимальному уровню звука (УЗ). При массовом движении по территории АТП («час пик») шумовое воздействие автотранспортных средств оценивается по максимальному УЗ и эквивалентному УЗ.

Мероприятия для снижения шума от автотранспортных средств предполагают прежде всего изменение схемы и удаление въезда, выезда и движения по территории автотранспортного предприятия.

Можно рекомендовать ограничение скорости движения автотранспортных средств по территории автотранспортного предприятия. В редких случаях применяются акустические экраны для путей проезда автотранспортных средств. Но такие экраны целесообразно устанавливать при небольшой этажности прилегающей застройки. Можно над некоторыми участками проезда автотранспортных средств выполнять крытые галереи.

Погрузочно-разгрузочные работы на территории автотранспортного предприятия, уровни шума от которых обычно составляют 57-68лБА экв., также следует проводить только в дневное время суток.

На крупных автотранспортных предприятиях коммунальной уборочной техники имеются стационарные снегоплавильные установки, которые являются источниками шума, проникающего с территории АТП на соседние селитебные территории. Работают снегоплавильные установки круглосуточно. В снегоприемной камере (снеготопочный блок) расположен неподвижный теплообменник, который осуществляет растапливание снега. Данное оборудование никакого шума не создает. Для очистки установки от мусора предусмотрена электроталь, которая работает только в дневное время суток. Источниками шума на территории, прилегающей жилой застройки являются грузовой автотранспорт и электроталь, обслуживающие данную установку. Акустические расчеты показали, что превышение допустимых санитарными нормами значений при движении грузовых автомобилей к снегоплавильной установке составляло: в жилых комнатах квартир 6,5 и 16,5 дБА для дневного и ночного времени суток, на детской площадке 15,5 дБА. Акустические расчеты также показали, что при работе электротали превышения составляли: в жилых комнатах квартир 2 дБА, а на детской площадке 9 дБА.

Для снижения уровней непостоянного шума, проникающего в жилую застройку и на детскую площадку, было рекомендовано шумозащитное мероприятие - выполнение односкатного навеса, Рис XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации выполняющего функцию акустического экрана, служащего для снижения шума грузового авто-транспорта и электротали, обслуживающих снегоплавильную установку (см. рис. 4).

Дальнейшие акустические расчеты показали, что после выполнения рекомендованного акустического экрана-навеса для снижения шума от грузового автотранспорта и электротали максимальные УЗ в жилой застройке и на детской площадке при работе указанных источников шума не превышали допустимых санитарными нормами значений. Предложенное шумозащитное мероприятие было реализовано в 2009 г.

После выполнения шумозащитного мероприятия были проведены контрольные акустические измерения в жилой застройке и на детской площадке, которые подтвердили достаточную акустическую эффективность реализованной шумозащитной конструкции.

ЛИТЕРАТУРА СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории 1.

жилой застройки: Санитарные нормы. - М.: Минздрав России, 1997;

СНиП11-12-77. Защита от шума. Госстрой СССР, М., 1978.

2.

СНиП23-03-2003. Защита от шума. М., Госстрой России, 2004.

3.

Руководство по расчету и проектированию шумоглушения вентиляционных установок. НИИСФ Госстроя 4.

СССР, М., Стройиздат, 1982.

Справочник проектировщика “Защита от шума”. М., Стройиздат, 1974.

5.

Защита от шума в градостроительстве. Справочник проектировщика. М., Стройиздат, 1993.

6.

УДК 534. В.А. Калью, В.Ю. Неворотин, А.А. Правдин ЛОКАЛИЗАЦИЯ МЕСТ ИЗЛУЧЕНИЯ КВАЗИГАРМОНИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ШУМА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЕРОЯТНОСТНОГО КРИТЕРИЯ ФГУП «ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова»

Россия, 196158 Санкт-Петербург, Московское шоссе, Тел.: 7 (812) 723-66-07;

Факс: 7 (812) 727- E-mail: andytrued@yandex.spb.ru В работе предлагается решение проблемы локализации мест излучения квазигармонического сигнала на движущемся объекте с использованием метода компенсации нестационарностей и последующей идентификацией стационаризованного сигнала как гармонического на основе вероятностного критерия. Идентификация выполнялась по фрагментам автокорреляционных функций эталонного и натурного сигналов, которые сравниваются по статистическому критерию согласия с использованием функций распределения их значений. Строятся зависимости вероятности идентификации от длительности выбранного фрагмента автокорреляционной функции, затем по заданному пороговому значению вероятности идентификации находится интервал корреляции (время когерентности). Нестационарный процесс путем компенсации искажений, обусловленных движением транспортного средства, на котором расположен источник квазигармонической составляющей, стационаризуется. По зависимости времени когерентности от координаты предполагаемого источника квазигармонической составляющей определяется его местоположение на объекте. Выполнены оценки точности локализации квазигармонического сигнала по сравнению с «классическими» методами.

На сегодняшний день основным методом локализации мест излучения тональных сигналов на движущемся транспортном средстве при использовании одноточечного приема является метод компенсации эффекта Доплера. Данный метод заключается в компенсации фазовых искажений, обусловленных движением источника относительно неподвижного приемника [1,2]. Эффект Доплера приводит к сжатию/растяжению принимаемого сигнала вдоль оси времени. Численная мера такого (мультипликативного) искажения выражается коэффициентом Доплера в виде:

K d = vs va, (1) где vs – скорость сближения/удаления приемника по отношению к источнику, va – скорость звука.

При излучении сигнала с постоянной частотой это приводит к изменению во времени частоты принимаемого сигнала по отношению к частоте опорного. Для компенсации такого изменения приемник сигнала может содержать схему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) или функцию, выполняющую повторную дискретизацию (ПД) принимаемого сигнала, учитывающую меру сжатия/растяжения сигнала При использовании цифрового представления сигнала компенсацию эффекта Доплера производят путем перераспределения цифровых отсчетов сигнала по временной шкале[1–3].

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации В данной работе предлагается определять место излучения квазигармонического сигнала, используя стационаризующее преобразование временного масштаба и компенсируя амплитудные искажения сигнала, а в роли критерия качества стационаризации использовать сравнение автокорреляционных функций получаемых при этом сигналов.

При прямолинейном равномерном движении источника принимаемый сигнал Sпр(t) будет модулирован по амплитуде и по фазе из-за эффекта Доплера S (t ), (2) S пр (t ) = d 2 + v2 (t t0 ) где d – минимальное (траверзное) расстояние между источником и приемником;

– скорость движения источника;

v – момент времени достижения траверза;

t – момент времени, определяемый из уравнения c(t t ) = R(t ), в котором t с – скорость распространения сигнала в среде, – текущее расстояние от источника до приемника:

R(t ) R(t ) = d 2 + v 2 (t t 0 ) 2 (в первом приближении полагают t = t R(t ) c ). (3) В рассматриваемом случае стационаризация принятого сигнала Sпр(t) осуществляется путем умножения отсчетов сигнала на множитель R(t) и переносом отсчетов по временной шкале [4].

Параметрами стационаризирующего преобразования будут v, d, t0, и, поскольку вид нестационарности заранее известен и описывается формулой (2), здесь можно говорить о согласованной Sпр(t) стационаризации сигнала, при этом в точке стационарности будет v = v, d = d, t 0 = t 0. Естественно ожидать, что в точке стационарности время когерентности (кт) – максимально. Для поиска такого максимума выполняется стационаризация сигнала Sпр(t) при значениях v = v, d = d и различных значениях t 0.

Физически это соответствует перебору значений момента времени, в который источник находился на минимальном (траверзном) расстоянии от приемника, то есть рассматривается задача о локализации места излучения сигнала, при этом обязательно решается вопрос о критерии, по которому оценивается результат локализации и его точность.

В отличие от метода локализации мест излучения дискретной составляющей спектра (ДСС) сигнала, предложенного в работе [2], где авторами статьи предлагалось определять места излучения по совокупности спектров мощности сигналов, представляемой как пространственно-частотное изображение в координатах «частота-линейная координата», в настоящей работе предлагается определять места излучения по зависимости времени когерентности стационаризированного сигнала от линейной координаты. Временем когерентности будем считать интервал времени, на котором вероятность идентификации участка автокорреляционной функции как гармонического колебания по критерию Колмогорова-Смирнова не меньше, чем е-1.

В предлагаемой процедуре производится сравнение автокорреляционных функций изучаемого процесса и гармонического колебания со случайной начальной фазой. Следует отметить, что измеряемая автокорреляционная функция анализируемого процесса содержит в себе случайные составляющие, и ее сравнение с эталонной автокорреляционной функцией гармонического колебания должно выполняться с использованием статистических критериев.

Предлагается сравнивать фрагменты нормированных автокорреляционных функций гармонического колебания со случайной начальной фазой и исследуемого сигнала, причем для сравнения можно выбирать фрагмент, последовательно изменяя его длительность и положение в реализации автокорреляционной функции (рисунки 1 и 2).

Максимальная длительность фрагмента, соответствующего гармоническому колебанию, будет давать значение времени когерентности процесса ког. Степень соответствия фрагмента автокорреляционной функции исследуемого сигнала гармоническому колебанию можно получить, если сравнить функции распределения вероятностей значений этих двух автокорреляционных функций в пределах фрагмента. Понятно, что для гармонического колебания со случайной начальной фазой автокорреляционная функция 0() имеет вид 0 ( ) = cos 0, (4) а её функция распределения 1 1 F Э ( x ) = + arcsin x. (5) 2 XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации Функция распределения 0. б 0. а 0. 0. Вероятность 0. 0. 0. 0. 0. -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Значение Рис. 1 – Автокорреляционная функция нестационаризованного сигнала и функции распределения:

а)гармонического сигнала, б)нестационаризованного сигнала.

Функция распределения 0. 0. 0. 0. Вероятность 0. 0. 0. 0. 0. -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Значение Рис. 2 – Автокорреляционная функция почти стационаризованного сигнала и ее функция распределения.

Для исследуемого процесса функцию распределения вероятностей значений () на выбранном Э фрагменте длительностью обозначим F(x,). Сравнение функций F(x,) и F 0 (x ) проведем по двустороннему критерию Колмогорова-Смирнова [4, 5], применяемому для проверки непараметрической гипотезы о равенстве двух функций распределения. При выполнении этой процедуры [7] для каждого фрагмента автокорреляционной функции () длительностью получается значение вероятности { } P (, ) = P F ( x, ) ~ FЭ0 ( x ), с которой функции F(x,) и FЭ (x ) можно считать неразличимыми, то есть распределение значений фрагмента автокорреляционной функции исследуемого сигнала такое же, как и у гармонического сигнала со случайной начальной фазой. Изменяя время начала фрагмента, можно выбрать фрагмент, для которого значение Р(,) максимально, затем, увеличив длительность искомого фрагмента, повторить процедуру его поиска, добиваясь максимального значения вероятности Р(,). При такой итерационной процедуре следует установить начальные значения и Р(,). Очевидно, что 1, (6) f где f – полоса частот, в которой рассматривается процесс, а Р(,) Ркр, (7) при этом критическое значение вероятности Ркр выбирается на уровне 1/е, что может трактоваться, как пороговое значение когерентности процесса, которое часто в физических исследованиях принимается равным е-1.

Выполняя описанную процедуру, можно найти в реализации () фрагмент максимальной длительности при вероятности, превышающей пороговое значение. Это значение длительности фрагмента можно выбрать в качестве времени внутренней когерентности процесса ког = max P Pкр XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации Построив зависимость времени когерентности от координат точки компенсации нестационарностей, обусловленных относительным движением приемника и источника, можно определить предполагаемое местоположение источника ДСС. На рисунках 3 и 4а представлены зависимость времени когерентности от координаты и изображение в координатах «частота-линейная координата» соответственно, для модельного сигнала ДСС, источник которого расположен в нуле. Для определения местоположения источника ДСС по данным рисунка 4а, предлагается построить «разрез» координаты на частоте максимума – рисунок 4б.

Рис. 3 – Зависимость времени когерентности от координаты.

а) б) 123.15 - - 123. - 123. Интенсивность, дБ Частота, Гц - - 122. - 122. - - 122. -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 Координата по корпусу, м Координата по корпусу, м Рис. 4 – Локализация источника метом компенсации эффекта Доплера и «разрез» на частоте максимума.

Как видно из рисунков 3 и 4б, при сравнительном анализе автокорреляционных функций сигналов с применением статистического критерия качества локализации точность определения места излучения ДСС увеличивается в несколько раз.

Метод был применен для локализации мест излучения квазигармонической составляющей натурного сигнала. На рисунке 5 приведена зависимость времени когерентности от предполагаемого местоположения источник (за 0 принята координата источника, местоположение которого известно).

б) а) X: 6.5 X: 18 3. Y: 3. Y: 6. 5. 2. Время когерентности, с Интенсивность 4. 1. 3. 3 2. 0. 1.5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 5 10 15 20 25 30 35 Координата по корпусу, м Координата по корпусу, м Рис. 5 – Локализация квазигармонической составляющей натурного сигнала:

а) предлагаемым способом;

б) методом компенсации эффекта Доплера.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации В заключение можно отметить, что более эффективного, практически значимого проявления преимуществ локализации места излучения квазигармонического сигнала методом согласованной стационаризации следует ожидать в области низких частот (ниже 300 Гц), где длина волны излучения сравнима с размером транспортного средства, на котором необходимо отыскать место излучения.

Л И Т Е РА Т У Р А 1. В.К.Маслов, С.Г.Цыганков «Алгоритм оценки параметров нестационарных сигналов методом «неподвижной точки». Труды ВНИИФТРИ, Выпуск 49(141), 2005.

2. Гарин В.Ю., Неворотин В.Ю. «Метод локализации источников дискретных составляющих спектра шума транспортного средства ненаправленным приемником». Техническая акустика, Т.V, выпуск 3-4(17-18), 1999.

3. Гарин В.Ю. «Методы исследования излученного и рассеянного полей с использованием коррекции временного масштаба акустических сигналов». Труды ЦНИИ имени академика А.Н.Крылова, выпуск 52(336), 2010.

4. Калью В.А., Неворотин В.Ю., Правдин А.А., Стефанский В.М. «Вероятностный критерий в процедуре согласованной стационаризации узкополосного сигнала». Труды ЦНИИ имени академика А.Н.Крылова, выпуск 61(345), 2011.

5. «Математическая энциклопедия». Т.2, М., «Советская энциклопедия», 1979.

6. Новиков А.К. Статистические измерения и обнаружение сигналов. – СПб.: ЦНИИ имени академика А.Н.

Крылова, 2006.

7. Калью В.А., Неворотин В.Ю., Правдин А.А. Способ обнаружения сигнала источника, порождающего дискретную составляющую в спектре суммарного сигнала нескольких источников // Патент № 2393490 с приоритетом от 03.02.2009 // Опубликовано: 27.06.2010 бюллетень № 18.

Посвящается Юрию Левоновичу Газаряну УДК 534. Ю.И.Белоусов ФУНКЦИЯ ГРИНА В ВЯЗКОМ ОДНОРОДНОМ ПОЛУПРОСТРАНСТВЕ, ОГРАНИЧЕННОМ ЖЕСТКОЙ ПЛОСКОСТЬЮ ФГУП «Акустический институт им. акад. Н.Н. Андреева»

Россия, 117036 Москва,ул. Шверника, д. Тел.: (495) 126-9063;

Факс: (495) 126- E-mail: bvp@akin.ru Найдена функция Грина, необходимая для решения гранично-начальной задачи акустики. Функция определена для вязкого однородного полупространства, ограниченного жесткой плоскостью. Показано, что падающая звуковая волна на границе из-за наличия вязкости частично трансформируется в вязкую волну с амплитудой экспоненциально затухающей при удалении от плоскости. Установлено, что наличие вязкости приводит также к появлению двух дополнительных мнимых источников.

Для решения гранично-начальной задачи акустики [1,2] необходимо в каждом конкретном случае знать функцию Грина [3]. В качестве примера, найдем вид функции Грина для вязкого однородного полупространства над абсолютно жесткой плоскостью. При рассмотрении этой задачи будем руководствоваться основными направлениями работы [4], в которой найдено поле, создаваемое распределенной силой, действующей в ограниченной области вязкого полупространства над абсолютно жесткой плоскостью. Будем считать, что элементарный источник продольных волн (описываемый дельта функцией), действует в точке z=z0 в области полупространства z0,заполненного вязкой средой;

границу z=0 полагаем абсолютно жесткой.

Введем скалярный и векторный А потенциалы скорости жидкости V соотношением V = grad + rotA.

В нашем случае и А имеют суть скалярной и векторной функций Грина, удовлетворяющих в гармоническом случае уравнению Гельмгольца. Вектор скорости V вследствие симметрии источника по углу в цилиндрической системе координат имеет только компоненты Vr и V z, зависящие от r и z.

Покажем, что векторный потенциал А в случае симметрии вектора скорости по углу имеет только А компоненту. Допустим, что в общем случае с учетом цилиндрической симметрии векторный потенциал A имеет три компоненты, зависящие от r и z. Выразим компоненту Az (r, z ) в виде интеграла Фурье-Бесселя. Приведем формулу преобразования Фурье-Бесселя [5]:

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации f ( z ) = J m (kz )kdk f ( ) J m (k )d.

0 Случай m=0 соответствует представлению цилиндрической волны в виде спектра плоских волн.

Тогда:

~ Az (r, z ) = Az ( s, z ) J 0 ( sr ) sds, ~ A (r, z ) J где Az ( s, z ) = ( sr )rdr, z s – компонента волнового числа по r. Воспользовавшись интегральным представлением функции Бесселя [5] e isr cos( u ) J 0 ( sr ) = du 2 запишем 1 ~ A ( s, z )e isr cos( u ) Az (r, z ) = sdsdu.

z Продифференцируем это выражение по z и получим, что Az 1 ~ A (s, z )[isr sin(u )]e isr cos( u ) = sdsdu = 0, z так как Az не зависит от.

Сравнивая подинтегральные выражения двух последних равенств, заметим, что Az Az (s, z )[ isr sin(u )] есть спектр производной по от Аz, а если функция ~ = 0, то и спектр ее равен нулю и наоборот.

0 если sr ~ Az ( s, z ) = Тогда имеем:

.

если sr = const Из физических соображений случай sr = 0 не рассматривается и, следовательно, Az (r, z ) = 0.

Аналогичные рассуждения можно провести и для Ar(r,z) и показать, что Ar(r,z)=0. Таким образом, ( ).

A A 0, A,0.

Непосредственной проверкой можно убедиться, что при наличии у векторного потенциала компоненты только по углу, вектор скорости будет симметричен по углу.

Запишем теперь уравнения, которым удовлетворяют скалярный и векторный потенциалы и A.

С учетом изложенного выше эти уравнения в цилиндрической системе координат имеют вид [6]:

2 (r ) ( z z 0 ) 2 1 + + + k12 =, (1) r r r z 2 r 2 A 1 A 2 A A + + 2 + k 2 A = 0, (2) r r r 2 z 2 r, k2 = i где k 2 = - соответственно, квадраты волновых чисел плоских и сдвиговых c 0 i ( + ) волн в жидкости с плотностью, объемной вязкостью и кинематической сдвиговой вязкостью, с0 скорость звука в жидкости при исчезающее малой вязкости, – частота колебаний.

В правой части неоднородного уравнения стоит произведение дельта-функций Дирака.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации Запишем граничное условие – условие “прилепания” среды к границе = V z = A = 0, r z или + 1 ( rA ) = 0.

z r r Будем искать решение уравнений (1) и (2) в виде интегралов Фурье-Бесселя ~ (r,z)= ( s, z ) J 0 ( sr ) s ds, (3) ~ A ( s, z )J ( sr )s ds A ( r,z ) =. (4) Представим в виде интеграла Фурье-Бесселя и правую часть уравнения (1) (r ) ( z z 0 ) = J 0 ( sr ) g ( z, s ) s ds -2, (5) r g(z,s)= -2 J 0 ( sr ) ( r ) ( z z 0 ) dr= -2 ( z z 0 ) где. (6) Подставляя выражения (5), (6) и (7) с учетом (8) в волновые уравнения (1) и (2) и делая преобразования [6], получим:

(7) ~ 2 ( z, s ) ~ + ( k12 s 2 )( z, s ) = 2 ( z z 0 ), z 2 (8) 2~ A ( z, s ) 1~ + ( k 2 s 2 2 ) A ( z, s ) = 0.

z r Запишем теперь граничные условия для спектров. Подставим выражения (3) и (4) и с учетом формулы преобразования [7] J n ( z ) + nJ n ( z ) = zJ n 1 ( z ) z (9) z получим A ( z, s ) ~ ~ s ( z, s ) + = 0, z (10) ~ ( z, s ) ~ z + sA ( z, s ) = 0.

Найдем методом вариации постоянных общее решение уравнений (7) и (8).

Положим:

~ = M e qz, (11) ~ A = Ne qz. (12) Будем искать сначала решение однородной системы уравнений. Подставляя выражения (11) и (12) в уравнения для спектров (7) и (8) соответственно, найдем, что q12, 2 = s 2 k12, q3, 4 = s 2 + k2.

2 r Положим = s 2 k12, = s 2 + k2.

r и выбраны ветви корней, удовлетворяющие условию Re, 0.

Можно принять, что за XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации Итак, общее решение однородных уравнений имеет вид:

~ = М 1 e z + M 2 e z + M 3 e z + M 4 e z, ~ A = N 1e z + N 2 e z + N 3 e z + N 4 e z.

Каждая четверка коэффициентов Mi и Ni должна удовлетворять уравнениям, получающимся из (1) и (2) при подстановке в них q=qi. Тогда, окончательно, запишем общее решение однородных уравнений (7) и (8) ~ = M 1 e z + M 2 e z, (13) ~ A = N 3 e z + N 4 e z, (14) где M1, M2, N3, N4 – произвольны.

Перейдем к общему решению неоднородной системы уравнений.

Применяя метод вариации постоянных, необходимо потребовать, чтобы производные величин M и N имели такой же вид, как и в случае однородной системы. Это приводит к соотношениям z z M 1e + M 2 e = z z. (15) N 3e + N 4 e = Здесь точка обозначает дифференцирование по z. Подставим выражения (13) и (14) с учетом (15) в уравнения (7) и (8). Тогда имеем ( ) M 1e z M 2 e z = 2 (z z 0 ) z z. (16) N 3 e Ne = Сами функции M и N получаются с точность до постоянных путем интегрирования.

z N dz + n Например: N 3 =, где n3 - постоянная.

3 Очевидно, что N 3 n3 при z и, согласно принципу излучения, поля должны убывать при удалении на бесконечность. Отсюда следует, что n3 = 0. Значит константы для определения коэффициентов для уходящих волн, т.е. распространяющихся в положительном направлении z, равны нулю.

z z z z Запишем тогда: M 1 = M 1 d z, M 2 = M 2 dz + m 2, N 3 = N 3 dz, N 4 = N 4 dz + n 4. (17) (z z 0 ) z Решая совместно уравнения (15) и (16), найдем, что M 1 = e, ( z z 0 ) z M2 = e, (18) N 3 = N 4 = 0. (19) ~ ~ Подставим в уравнения граничных условий (9) и (10) выражения для и A (13) и (14) с учетом интегральных представлений коэффициентов (18) и соотношения (19), тогда получим:

0 m2 + M 2 dz + M 1 dz s + n4 =. (20) 0 m2 + M 2 dz M 1 dz + sn 4 = Отсюда определим m2 и n s 2 0 dz ;

n = 2s 0 M dz ;

M 1 dz = 1 e z ;

e z 0.

M 1dz M dz = M m2 = + s 2 + s XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации Подставляя найденные значения констант m2 и n4 c учетом (18) и (19) в интегральные представления для коэффициентов (17), получим:

1 z s 2 1 z при z z e при z z 0 e 0 + s M1 = ;

M2 = ;

s 1 e z e z при z z при z z + s 2 2S 1 z N3 = 0 ;

N4 = e.

+ S Подставляя, найденные значения коэффициентов M и N, в выражения для спектров скалярного и векторного потенциалов (13) и (14), получим:

s 2 1 ( z + z0 ) (s, z ) = ± e ± ( z z0 ) ~ e, s + 2s 1 z0 z A (s, z ) = ~ ee, + s ~ ~ где знак + соответствует zz0, знак - zz0. Найденные значения спектров и А подставим в формулы преобразования Фурье-Бесселя (3) и (4) и найдем, что 1 ( z z0 ) s 2 1 ( z + z0 ) (r, z ) = ± e J 0 (sr )sds 2 e, (21) s + 0 2s 1 z0 z A (r, z ) = e e J 1 (sr )sds. (22) 0 + s Проанализируем полученные выражения. Представляя интеграл в формуле (21) в виде суммы интегралов по числу слагаемых в подинтегральном выражении и используя известную формулу e ( z z0 ) e ikR J 0 (sr )sds = r 2 + (z z 0 ), где R =, (23) R найдем, что s 2 1 ( z + z0 ) e ik1R (r, z ) = J 0 (sr )sds 2 e.

s + R Первое слагаемое представляет собой падающую звуковую волну, создаваемую источником в неограниченном пространстве. Второе слагаемое представляет собой отраженную от плоскости звуковую волну. Проанализируем ее для случая малых вязкостей, когда ;

в этом случае можно считать c. Значение интеграла мало изменится, если путь интегрирования изменить так, чтобы точка = k c обходилась в комплексной плоскости на достаточно большом расстоянии. Тогда можно упростить s 2 следующим образом:

s 2 + s s 2s 2.

1 + = s 2 + s 1+ Далее можно считать, что i 4 2 + k12 k s e = = + и =.

Делая эти упрощения, найдем следующее приближенное выражение для отраженной волны XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации 2k12 z e ik 2 R e ik1R2 2 e ik 2 R отр (r, z ) = R dz +, z R2 R2 r 2 + ( z + z 0 ) - расстояние до мнимого источника.

где R2 = Окончательно для звуковой волны имеем:

2k12 z e ik 2 R e ik1R1 e ik1R2 2 e ik 2 R (r, z ) = R dz, + + (24) z R2 R1 R2 если вязкость равна нулю ( = ), то получим известное выражение для зеркального отражения падающей волны от абсолютно жесткой плоскости e ik1R1 e ik 2 R (r, z ) = +.

R1 R Отсюда можно сделать вывод, что при наличии вязкости добавляются еще два мнимых источника:

1) более высокого порядка, получающиеся из исходного дифференцированием по z –«мнимый квадруполь» и с моментом, пропорциональным длине вязкой волны;

2) более низкого порядка, получающиеся из исходного интегрированием по z (монополь) и с амплитудой, пропорциональной отношению длины вязкой волны к квадрату длины звуковой волны.

Выражение для векторного потенциала (22) описывает вязкую волну, которая затухает по экспоненте при удалении от плоскости. Эта вязкая волна возбуждается от границы падающей звуковой волной.

Таким образом, формулы (22), (24) определяют функцию Грина для вязкого однородного полупространства, ограниченного жесткой плоскостью.

ЛИТЕРАТУРА 1. Белоусов Ю.И., Римский-Корсаков А.В. Принцип взаимности в акустике и его применение для расчета звуковых полей колеблющихся тел. (Обзор) // Акуст. журн.- 1975. – Т. – 21. - Вып. 2. – С.161-171.

2. Белоусов Ю.И., Римский-Корсаков А.В., Рыбак С.А. О принципе взаимности в акустике вязко-упругой среды // ДАН СССР. - 1975. – Т.224. – Вып.5. – С.1050-1052.

3. Белоусов Ю.И. Соотношение взаимности в среде с вязким поглощением//-М. Сборник трудов Научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Андрея Владимировича Римского-Корсакова. 2010.- С.123-126.

4. Газарян Ю.Л. О поле силовых источников в вязком однородном полупространстве, ограниченном жесткой плоскостью. // Отчет Акустического института. Гос. рег. № Я26370.- 1977.- С.12.

5. Морс Ф.М., Фешбах Г. Методы математической физики // - М. – ИЛ. – 1958. – Т.1. – С.581,711.

6. Лысанов Ю.П. Теоретические основы гидроакустики. (Учебное пособие) М.,- МИРГЭМ. 1965.- С.150-152.

7. Рыжик И.М., Градштейн И.С. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений.// - M. – ГИФМЛ. – 1962. С.981.984.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации УДК 534. С.В.Попков ЭФФЕКТИВНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ФГУП «ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова»

Россия, 196158, Санкт-Петербург, Московское шоссе, д. Тел.: (812) 415-4572;

Факс: (812) 727-9632;

E-mail: krylov@krylov.spb.ru Введено понятие и представлены результаты теоретических расчетных исследований эффективных механических сопротивлений инженерных конструкций - балки (стержня), пластины, цилиндрической и сферической оболочек при действии нормальных усилий. Анализ расчетов выявил значительное отличие значений эффективных механических сопротивлений от известных значений точечных механических сопротивлений рассмотренных конструкций и возможность достаточно простых способов оценки их величин.

Решение задачи определения колебаний (вибрации) фундаментных и корпусных конструкций, возбуждаемых установленными на них механизмами, оборудованием и установками является неотъемлемой частью процесса проектирования системы виброакустической защиты морских инженерных сооружений. Для обеспечения решения указанной задачи введено понятие входного и переходного (передаточного) эффективных сопротивлений инженерных конструкций [1 – 3].

Входное эффективное сопротивление определяется как отношение колебательной энергии, излучаемой системой сил в инженерную конструкцию, к квадрату среднеквадратичной по точкам возбуждения колебательной скорости инженерной конструкции. Переходное (передаточное) эффективное сопротивление – через отношение излучаемой системой сил в инженерную конструкцию колебательной энергии к квадрату колебательной скорости среднеквадратичной по обшивке (поверхности) инженерной конструкции.

Учитывая перспективность использования параметров эффективных сопротивлений для оценки виброакустических свойств инженерных конструкций, выполнены расчетные исследования входных и переходных эффективных сопротивлений ряда простейших конструкций [3 – 5].

Свободно подвешенный однородный стержень. Свободно подвешенный однородный стержень обычно используется в качестве простейшей акустической модели корпуса судна на инфразвуковых и низких звуковых частотах. Для оценки взаимодействия судовых механизмов и корпуса судна необходимо знать входные и переходные эффективные сопротивления корпуса судна при действии распределенного возбуждения в точках крепления механизмов. Вначале определим входные Zaeff и переходные Zseff эффективные сопротивления стержня при действии точечной, нормальной силы в среднем его сечении. На рис. 1, кроме эффективных сопротивлений стержня при коэффициентах потерь 0.05 и 0.5, приведены характеристический импеданс стержня Zc [6], импеданс массы стержня Zm и входной импеданс в центре стержня Zo.

Z, kg/c Zaeff Zseff Zaeff(0.5) Zseff(0.5) 1.E+06 Zm Zc Zo Рис. 1. Входное и 1.E+ переходное эффективные сопротивления стержня, возбуждаемого 1.E+ нормальной силой в средней точке стержня ( = 0.05 и 0.5) 1.E+ 1.E+ 10 100 1000 f, Hz Анализ полученных кривых эффективных сопротивлений показывает следующее.

При возбуждении стержня точечной силой его входное эффективное сопротивление совпадет с входным сопротивлением стержня в точке приложения силы.

При изменении точки приложения возбуждающего усилия входной импеданс стержня и, соответственно, его входное эффективное сопротивление уменьшается за счет угловых перемещений XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации стержня. Минимальное значение входного сопротивления имеет место при возбуждении одного из концов стержня. При этом входное сопротивление стержня снижается в 4 раза как на низких, так и на высоких частотах по сравнению со случаем возбуждения в среднем сечении.

Входной импеданс при возбуждении в центре тяжести стержня (см. рис. 1) на низких частотах определяется импедансом его массы, а в области частот резонансных колебаний – характеристическим импедансом.

Переходное эффективное сопротивление свободного стержня на низких частотах всегда определяется импедансом его массы независимо от точки приложения возбуждающего усилия.

Переходное эффективное сопротивление стержня имеет провалы сопротивления не только на резонансных, но и на антирезонансных частотах.

Свободный стержень при определенных условиях может рассматриваться и как модель промежуточной рамы механизма, установленного на многокаскадном амортизирующем креплении.

Эффективные сопротивления стержня при равномерном распределении по его длине пяти синфазных и случайных усилий представлены на рис. 2.

Z, kg/c Zaeff Zseff Zaeff_sl 1.E+ Zseff_sl Zm Zm*etta Рис. 2. Эффективные 1.E+ сопротивления стержня, возбуждаемого 5-ю равномерно 1.E+ распределенными синфазными и случайными силами 1.E+ 1.E+ 10 100 1000 f, Hz Анализ представленных кривых показывает следующее.

При действии равномерно распределенных синфазных и случайных усилий входное эффективное сопротивление стержня практически не отличается от его переходного эффективного сопротивления.

При возбуждении равномерно распределенными по длине стержня силами его эффективные сопротивления лежат в интервале между импедансом массы стержня и минимальным значением, определяемым произведением импеданса его массы на коэффициент потерь.

При случайном характере действующих усилий входные и передаточные эффективные сопротивления возрастают на величину, равную квадратному корню из числа точек возбуждения.

Свободно опертая прямоугольная пластина. На рис. 3 представлены входные и переходные эффективные сопротивления опертой пластины при приложении точечной, нормальной силы в центре пластины (т. 0), вблизи опертой кромки (т. 1) и в самой жесткой, угловой точке пластины (т. 2). На этих же рисунках приводятся характеристический импеданс пластины Zс [6], входной импеданс в центре пластины Zo, импеданс половины массы пластины Zm/2 и импеданс массы пластины, умноженной на ее коэффициент потерь Zm*etta.

Рассмотрение представленных кривых показывает следующее.

Входное эффективное сопротивление пластины при точечном ее возбуждении определяется входным импедансом пластины в точке возбуждения. При этом переходное эффективное сопротивление на низких частотах в 6 раз выше ее входного сопротивления.

При приближении точки возбуждения к опертой кромке более, чем на 1/8 ширины или длины пластины ее входное сопротивление растет, но в отличие от опертого стержня переходное сопротивление пластины в дорезонансной области всегда выше ее входного сопротивления.

В первом приближении можно считать, что переходное сопротивление пластины в дорезонансной области равно переходному сопротивлению пластины при возбуждении ее в наиболее податливой, центральной точке. Но вблизи кромки, когда входное сопротивление пластинки превышает определенное XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации выше значение переходного сопротивления, переходное сопротивление пластины целесообразно приравнять ее входному сопротивлению.

Z, kg/c Zaeff Zseff Zm/ 1.E+ Zm*etta Zc Рис. 3. Входное и 1.E+ переходное эффективные сопротивления опертой пластины, возбуждаемой 1.E+ нормальной силой в ее центре (коэффициент потерь = 0.05) 1.E+ 1.E+ 10 100 f, Hz На рис. 4 и 5 представлены входные и переходные эффективные сопротивления пластины, возбуждаемой точечной силой, линейкой из 5 синфазных сил, а также двумя параллельными линейками из 10 синфазных и случайных сил.

Z, kg/c Zaeff_1 Zaeff_5 Zaeff_ 1.E+ Zaeff_10sl Zc Рис. 4. Входные эффективные 1.E+ сопротивления пластины при действии 1 силы (Zaeff_1), линейки из синфазных сил (Zaeff_5) 1.E+ и двух линеек из 10 синфазных (Zaeff_10) и случайных сил 1.E+ (Zaeff_10sl) 1.E+ 10 100 f, Hz Z, kg/c Zseff_1 Zseff_5 Zseff_ 1.E+ Zseff_10sl Zm/2 Zm*etta Рис. 5. Переходные эффективные сопротивления пластины 1.E+ при действии 1 силы (Zseff_1), линейки из 5 синфазных сил 1.E+ (Zseff_5) и двух линеек из 10 синфазных (Zseff_10) и случайных 1.E+ сил (Zseff_10sl) 1.E+ 10 100 f, Hz XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации Из рассмотрения приведенных кривых можно сделать следующие выводы.

Входное эффективное сопротивление пластины при приложении системы распределенных синфазных сил растет по величине как на низких, так и на высоких частотах пропорционально n, где n – число прикладываемых усилий. Переходные эффективные сопротивления при этом изменяются незначительно.

При действии распределения случайных сил входное и переходное эффективные сопротивления, полученные при синфазном возбуждении, увеличиваются дополнительно в n раз.

Однородная цилиндрическая оболочка. Входное Zaeff и переходное Zseff эффективные сопротивления цилиндрической оболочки, возбуждаемой точечной, нормальной силой в центральном сечении оболочки представлено на рис. 6. На рисунке также представлены Zm*etta – импеданс массы оболочки, умноженный на коэффициент потерь и Zc – характеристический импеданс оболочки.

Импеданс, кг/с Zaeff Zseff Zm*etta Zc 1.E+ Рис. 6. Эффективные сопротивления 1.E+ цилиндрической оболочки при возбуждении ее точечной силой в 1.E+ среднем сечении оболочки.

Коэффициент потерь 1.E+ оболочки = 0. 1.E+ 10 100 Частота, Гц Анализ представленных кривых, а также изменение эффективных сопротивлений при изменении координаты точки возбуждения (перемещении возбуждающего усилия из центра оболочки к опертой кромке) показывает, что поведение эффективных сопротивлений цилиндрической оболочки во многом соответствует рассмотренному выше поведению их у стержней и опертой пластины.

Входное эффективное сопротивление цилиндрической оболочки при возбуждении ее точечной силой на большей части оболочки лишь незначительно отличается от входного импеданса оболочки в ее среднем сечении. Входное эффективное сопротивление цилиндрической оболочки при коэффициенте потерь более 0.05 достаточно хорошо описывается ее характеристическим импедансом.

В резонансной области частот величина переходного эффективного сопротивления ограничена сверху импедансом половины массы оболочки.

Минимумы переходного эффективного сопротивления на резонансных и антирезонансных частотах ограничены снизу импедансом массы оболочки, умноженным на ее коэффициент потерь (Zm*etta).

На низких частотах эффективные сопротивления определяются упругостью оболочки в точке приложения возбуждающего усилия. Переходное эффективное сопротивление однородной цилиндрической оболочки на низких частотах в 42 раза превышает входное сопротивление.

При возбуждении оболочки вблизи опертой кромки вышеуказанное соотношение эффективных сопротивлений нарушается. В дорезонансной области частот переходное эффективное сопротивление оболочки более, чем в 60 раз превышает ее входное сопротивление. Это свидетельствует о возрастании локальной деформации оболочки (в направлении нормали) при приближении к неоднородностям оболочки типа опертого края. В резонансной области частот особых изменений в поведении эффективных сопротивлений оболочки не отмечено.

Кривые прогиба оболочки в точке приложения силы имеют ярко выраженный локальный характер, особенно в окружном направлении.

Исследуемая цилиндрическая оболочка нагружалась следующими распределениями нормальных сил:

2R – 2 синфазные силы навстречу друг другу в среднем сечении цилиндра;

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации 4R – 4 синфазные силы, равномерно распределенные по окружности цилиндра в среднем сечении;

12Rcos – там же, 12 синфазных сил, но с амплитудой, изменяющейся по cos ;

6L – 6 синфазных сил, распределенных по двум образующим цилиндра, сдвинутым на 90° относительно друг друга.

Из рассмотрения входных и переходных (см. рис. 7) эффективных сопротивлений оболочки, возбуждаемой указанными системами синфазных сил, можно сделать следующие выводы.

Увеличение числа возбуждающих усилий приводит почти к линейному росту от их числа входного эффективного сопротивления цилиндрической оболочки.

Переходное эффективное сопротивление оболочки слабо зависит от распределения возбуждающих усилий и практически не отличается от переходного эффективного сопротивления точечной силе, приложенной в среднем сечении оболочки.

Случайный характер возбуждающих усилий не приводит к росту их эффективных сопротивлений, а лишь сглаживает приведенные частотные кривые.

Z, kg/c Zs_1 Zs_2R Zs_4R Zs_12Rcos 1.E+ Zs_6L Zmod Zm*etta 1.E+ Рис. 7. Переходные эффективные 1.E+ сопротивления оболочки при действии 1 силы (Zs_1) и распределения 1.E+ синфазных усилий 1.E+ 1.E+ 10 100 f, Hz Замкнутая сферическая оболочка. Особенность решения задачи деформации замкнутой сферической оболочки под действием нормальной силы состоит в том, что в ней возникают только осесимметричные формы колебаний относительно точки приложения силы. Функция Грина, необходимая для расчета эффективных сопротивлений оболочки, формировалась из переходных импедансов путем вращения локальных систем координат, привязанных к точкам приложения возбуждающих сил.

На рис. 8 представлены входное и переходное эффективные сопротивления сферической оболочки, возбуждаемой нормальной силой в полюсе оболочки.

Z, kg/c 1.E+10 Zseff Zaeff Zm*etta Zc Рис. 8. Входное и переходное 1.E+ эффективные сопротивления 1.E+ сферической оболочки, возбуждаемой 1.E+ точечной силой в полюсе оболочки ( = 1.E+ 0.05) 1.E+ 10 100 f, Hz Рассмотрение полученных кривых показало следующее.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации Переходное эффективное сопротивление оболочки в дорезонансной области частот в 110 раз превышает ее входное эффективное сопротивление. Это связано с высоким уровнем локальной деформации, присущей сферическим оболочкам из-за увеличения плотности мод с ростом частоты.

Повышение плотности мод приводит также к сглаживанию кривых эффективных сопротивлений.

Изменение передаточных эффективных сопротивлений оболочки в зависимости от числа синфазных сил, равномерно распределенных по меридиану, показаны на рис. 9.

Из рассмотрения приведенных кривых можно сделать следующие выводы.

Увеличение числа возбуждающих усилий приводит почти к линейному росту входного эффективного сопротивления сферической оболочки.


Переходное эффективное сопротивление сферической оболочки слабо зависит от распределения возбуждающих усилий и практически не отличается от передаточного эффективного сопротивления при приложении точечной силы.

Изменение входного эффективного сопротивления оболочки незначительно при переходе от синфазного к случайному характеру возбуждения.

Z, kg/c 1.E+10 1_0 2R 4R 12R Рис. 9. Переходные 1.E+ эффективные сопротивления оболочки при действии одной (1_0), двух (2R), четырех (4R) 1.E+ и двенадцати (12R) синфазных сил 1.E+ 1.E+ 10 100 f, Hz Проведено исследование эффективных сопротивлений замкнутой сферической оболочки для случаев силового возбуждения обшивки в двух, четырех, восьми и двенадцати точках. Колебания оболочки как твердого тела не учитывались. Возбуждающие силы являются радиальными, т.е. нормальны к поверхности сферы. Исследовано четыре вида силового воздействия – синфазное (СФ);

противофазное, симметричное (ПФС);

противофазное, чередующееся в соседних точках возбуждения (ПФЧ) и статистически не связанное (Некогерентное).

Результаты расчетов позволяют сделать следующие выводы:

- диапазон изменения значений входного и передаточного эффективных сопротивлений сферы при различных вариантах силового воздействия ограничен значениями входного и передаточного сопротивлений сферической оболочки при точечном возбуждении единичной силой;

- значения входного и передаточного эффективных сопротивлений сферы практически не зависят от фазовых соотношений между силами в различных вариантах силового воздействия;

- значения передаточного эффективного сопротивления сферы практически не зависят от количества точек возбуждения в различных вариантах силового воздействия, а значения входного сопротивления увеличиваются пропорционально количеству точек возбуждения.

ЛИТЕРАТУРА Попков В.И. Виброакустическая диагностика и снижение виброактивности судовых механизмов // 1.

Судостроение, Ленинград, 1974.

2. V.I. Popkov. Vibroacoustic diagnostics and the reduction of the vibration of shipbord machinery // Joint Publications Research Service, Arlington, Virginia, 1975.

Попков В.И., Попков С.В. Колебания механизмов и конструкций // Сударыня, С.-Пб, 2009.

3.

Попков С.В., Кузнецов Н.А., Коневалов В.С. Эффективные сопротивления сферической оболочки // 4.

Корабельная акустика. Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, вып. 4 (108), С.-Пб, 2005.

Попков С.В., Кузнецов Н.А., Коневалов В.С. Эффективные сопротивления корабельных конструкций // 5.

Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, вып. 32 (316), С.-Пб, 2007.

Скучик Е. Простые и сложные колебательные системы // Мир, М., 1971.

6.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации УДК 623.827:629.5. Попов Ю.Н., Чижов В.Ю.

СНИЖЕНИЕ РАССЕЯНИЯ ЗВУКОВЫХ ИМПУЛЬСОВ НА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБОЛОЧКАХ С ПОМОЩЬЮ МНОГОСЛОЙНЫХ ИМПЕДАНСНЫХ ПОКРЫТИЙ С АНИЗОТРОПНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ СКОРОСТИ И ПЛОТНОСТИ ПО ТОЛЩИНЕ ФГУП «ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова»

Россия, 196158, С.-Петербург, Московское шоссе, Факс (812) 386-67-43;

E-mail: krylov@krylov.spb.ru Снижение рассеянного поля от сложных инженерных конструкций является трудной задачей как в экспериментальном, так и в теоретическом плане. В теории дифракции известны различные решения: прежде всего за счет выбора формы объекта или его импедансных характеристик. Однако с учетом прочностных и конструкционных требований на практике обычно имеется возможность решения акустических задач только за счет обеспечения определенных условий на границе.

Широкие возможности в решении этой задачи представляет теория многослойных сред. В статье рассматриваются возможные пути снижения рассеянных импульсов от цилиндрических оболочек (трубопроводы, опоры конструкций, кабельные трассы) с помощью многослойных покрытий с анизотропным распределением скорости и плотности по толщине. Приводится сравнительный анализ рассеянного поля на цилиндрах с различными граничными условиями (импедансная граница, мягкая граница, жесткая граница, звукопрозрачная конструкция). Оценена возможность снижения рассеянного поля от цилиндрических оболочек с помощью многослойных импедансных покрытий.

В наиболее простой постановке может быть рассмотрена задача о рассеянии плоской волны на цилиндре (сфере), которая окружена оболочкой в виде слоистой структуры, с изменяющимися акустическими характеристиками (рис.1).

Рис.1. Цилиндр с анизотропным покрытием в поле плоской волны Задача рассеяния гармонических волн от объекта в однородной изотропной среде сводится к решению уравнения Гельмгольца [1] =0. (1) При этом общее поле p складывается из падающей и рассеянной волны. (2) Слой на границе создает условия импедансной поверхности. В этом случае граничные условия могут быть записаны в следующем виде. (3) В такой постановке решение для случая падения плоской волны на цилиндр (сферу) может записано в следующем виде для цилиндра:

, (4), (5) для сферы:

, (6). (7) Амплитуда рассеянной волны будет определяться выражениями для цилиндра:

, (8) для сферы:

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации, (9) где, -цилиндрические и сферические функции Бесселя и Ханкеля, - полином,, Лежандра, =1.

Очевидно, что минимальное отражение возможно при условии тождественного равенства нулю выражения (8) для цилиндра и (9) для сферы. Это эквивалентно требованию выбора такого, при котором числитель обращается в ноль. Из анализа цилиндрических (сферических) функций следует, что в широкой полосе частот это условие невыполнимо ни при каких значениях импеданса. С увеличением волнового параметра модель может быть сведена к задаче отражения волны от плоской импедансной поверхности. Эта поверхность в простейшем случае может быть создана упругим однородным слоем, а рассеянная волна выражена через коэффициент отражения:

, (10) где: – импеданс воды, – импеданс нагрузки, – толщина слоя, – постоянная распространения, – импеданс слоя, где скорость продольный волны в общем случае является комплексной величиной.

Однако при отсутствии потерь в слое зависимость коэффициента отражения будет носить резонансный характер с минимумами только на отдельных частотах. При увеличении потерь в слое даже с условием выбора оптимальных характеристик возможно обеспечить асимптотическое стремление коэффициента отражения только к некоторой постоянной величине, примерно равной.

Рассмотрим возможность минимизации отражающих характеристик слоя за счет анизотропии свойств материала. Подобная задача является трудоемкой и в общем случае требует решения уравнений нелинейной акустики. Однако при нормальном прохождении волны через однородный изотропный слой решение может быть представлено простым выражением в виде суммы прямой и обратной волны:

, (11) где – прямая волна;

– обратная волна.

Коэффициент отражения будет равен нулю только в том случае, если прямая волна будет в точности соответствовать падающей на слой волне, а обратная волна отсутствует ( ), т.е.

,. (12) Эти условия можно выполнить, если обеспечить для комплексной постоянной распространения или прямой волны в слое определенную функциональную зависимость в виде некоторой функции, например:

, (13) где - некоторое число, обеспечивающее отсутствие скачка давления (скорости) на границе. Обеспечить анизотропное распределение импедансов возможно с помощью определенного числа изотропных слоев с различными характеристиками. Очевидно, что это достижимо за счет изменения импедансных характеристик слоя (плотности, скорости звука и коэффициента потерь).

В общем случае задача минимизации отражения от тела цилиндрической (сферической) формы радиуса может быть сведена к определению распределения импеданса в анизотропной оболочке с внешним радиусом. Для неоднородной среды (область ) уравнения движения в общем случае могут быть записаны в виде [2]:

, (14). (15) В такой постановке полное поле в системе при будет по-прежнему описываться выражениями (4-7), а для области решение представим в виде:

для цилиндра:

, (17) для сферы:

. (16) Условие (12) в этом случае приводится к виду:

,. (18) В таком случае амплитуда рассеянного поля (5) и (7) должна стремиться к нулю. Выполнить условие (18) возможно в случае функциональной зависимости постоянной распространения по XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации закону, аналогичному функции (12). Недостаток данной функции заключается в необходимости выбора физикомеханических характеристик слоя, асимптотически стремящихся к нулю, что приводит к решениям, не реализуемым на практике. Введем параметр ограничивающий изменение функции [3]:

(19) Рассмотрим пример практического применения полученных формул на примере абсолютно жесткого цилиндра ( ). Наибольший интерес представляет диапазон низких частот, в котором трудно создать эффективное средство акустической защиты. Выберем оболочку толщиной 1 м ( ).

В общем случае функциональную зависимость (19) для импедансных характеристик можно реализовать различными способами. Рассмотрим только два варианта распределения характеристик, первый из которых должен обеспечивать минимум отражения в обратном направлении на всех частотах, второй должен обеспечить минимум рассеяния во всех направлениях:

1 Вариант: плотность и скорость продольных волн при равны плотности и скорости волны в воде и постепенно убывают с уменьшением радиуса до некоторого предельного значения (20-21):

, (20), (21) 2 Вариант: Скорость продольной волны при равна скорости волны в воде и с уменьшением радиуса постепенно возрастает. Средняя плотность оболочки равна плотности воды, однако плотность четных слоев анизотропной оболочки возрастает с уменьшением радиуса, а плотность нечетных слоев наоборот убывает:


, (21), (22). (22) На рис.2-3 приведены зависимости параметров анизотропной оболочки для двух рассматриваемых случаев (графики представлены в нормированном виде к плотности и скорости волн в воде).

Рис. 2. Нормированные распределения плотности и Рис. 3. Нормированные распределения плотности и скорости волн для анизотропной среды (вариант 1) скорости волн для анизотропной среды (вариант 2) Для сравнительного анализа были рассчитаны диаграммы направленности рассеянного поля для трех случаев: цилиндр ( ) с аболютно жесткой границей без оболочки и цилиндр окруженный анизотровной оболочкой с распределением характеристик в соотвествии с вариантами 1 и 2. Результаты расчетов для частот 200, 500, 1000 и 3000 Гц представлены на рис. 4-6.

Результаты расчетов показывают, что в низкочастотной области (200 Гц) анизотропная оболочка с распределением характеристик согласно варианту 1 оказывается неэффективной (только в обратном направлении уровень рассеянного поля не увеличивается по сравнению с жестким цилиндром). В тоже время распределение согласно варианту 2 обеспечивает снижение рассеянного поля в 2-3 раза при той же толщине оболочки почти во всех направлениях. На частоте 500 Гц оба варианта обеспечивают снижение рассеянного поля в обратном направлении минимум в 2 раза, а в зоне тени рассеянное поле минимально только для варианта 2. На частоте 1000 Гц вариант 1 имеет значительное приемущество в диапазоне углов близких к обратному направлению. На частоте 3000 Гц рассеянное поле для случая анизотропной оболочкой с распределением согласно варианту 1 имеет приемущество в диапазоне углов свыше. XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации Однако практически во всех рассмотренных случаях имеется определенный диапазон углов, при которых использование анизотропной оболочки не дает приемуществ перед абсолютно жестким цилиндром.

Рис. 4. Диаграмма направленности рассеянного Рис. 5. Диаграмма направленности рассеянного поле на частоте 200 Гц поле на частоте 500 Гц Рис. 5. Диаграмма направленности рассеянного Рис. 6. Диаграмма направленности рассеянного поле на частоте 1000 Гц поле на частоте 3000 Гц Таким образом, только за счет изменения импедансных характеристик анизотропной оболочки по определенному закону удалось: в первом случае минимизировать рассеяние волны в обратном направлении в широком диапазоне частот, во втором случае добиться минимума рассеяния поля от объекта во всех направлениях в низкочастотном диапазоне. Существуют и другие решения задачи минимизации коэффициента отражения от объекта за счет анизотропии свойств оболочки, например за счет только анизотропии плотности материала (Inertial Cloaks Model), за счет выбора конструкционных свойств материала (Pentamode Material Model), их комбинации (Inertial Cloaks Model + Pentamode Material Model). Так комбинация Inertial Cloaks Model + Pentamode Material Model позволяет получить решение неосесимметричного (чечевицеподобного) слоя покрытия [2-4]. Реализация полученных результатов в реальных образцах возможна в различной степени приближения. Однако эти возможности постоянно повышаются совместно с развитием материаловедения и создания маетиалов с новыми свойствами.

Предполагается что в ближайшие годы могут быть созданы принципиально новые конструкции, позволяющие практически исключить влияние сторонних объектов при распространении акустических полей.

ЛИТЕРАТУРА Шендеров Е.Л. Волновые задачи гидроакустики. Л.: Судостроение. 1972.

1.

2. Andrew N. Norris. Acoustic cloaking theory. Proc. R. Soc. A (2008) 464,2411-2434.

3. Steven A. Gummer. Scattering theory derivation of a 3D acoustic cloaking shell. Physical rewiew letter. PRL 100, 024301 (2008).

4. William J. Parnell. Nonlinear pre-stress for cloaking from antiplane elasic waves. Proc. R. Soc. A (2012) 468, 563- XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации УДК Сериков Я.А., Таланин Д.С.

ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ИССЛЕДОВАНИИ И ПРОГНОЗИРОВАНИИ ВИБРАЦИИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Харьковская национальная академия городского хозяйства, ВИБРОАКУСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ И ВЛИЯНИЕ ЕЕ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА Украина, 61002, Харьков, улица Революции, д.12.

Тел. (057) 705-45-17. Е-mail: yserikov@yandex.ru Перспективность использования методов вибрационной и акустической диагностики заключается в обеспечении контроля технического состояния поршневых двигателей внутреннего сгорания в эксплуатационных условиях без разбора, с целью предотвращения вредного влияния вибрации и шума на организм человека.

Одним из логических результатов эволюции человечества, его предметной деятельности, является создание антропогенных систем различной структуры, сложности, назначения (технических, биологических, химических и др.). Каждая из таких систем отличается качественными показателями и уровнем потенциального отрицательного воздействия на человека.

Степень безопасности системы обуславливается наличием и частотой отказов во время ее функционирования, возможностью прогнозирования типа и времени реализации аварийных ситуаций.

Таким образом, прогнозирование отказов, выявление причин их возникновения позволяет своевременно принять необходимые меры к их предупреждению и тем самым повысить безопасность, надежность и эффективность эксплуатации систем. Практика свидетельствует, что такой подход к эксплуатации системы позволяет получить экономический эффект около 30 % от ее эквивалентной стоимости [4, 5]. На настоящее время имеется целый ряд направлений исследования, которые решают задачи повышения уровня безопасности, как рассматриваемых объектов, так и глобальной системы «человек – среда обитания» [1 – 6, 8].

Динамика увеличения количества транспортных средств (рис.1), их техническое состояние повышают актуальность решения рассматриваемой задачи.

Постановка натурных экспериментов с использованием исправных и дефектных объектов диагностирования является одним из методов установления зависимости между дефектом механической системы и признаком диагностики. Как правило, при этом фактически не анализируется внутренняя структура, состояние объекта диагностирования. Практика показывает, что такой подход требует значительных затрат временных и материальных ресурсов.

Одним из методов, которые позволяют сократить объём дорогостоящих и длительных натурных экспериментальных исследований, является диагностическое моделирование дефектов, при котором устанавливается диагностическая взаимосвязь области существования возможных состояний объекта с пространством диагностических признаков. Таким образом, метод диагностического моделирования позволяет разработать диагностическую модель объекта контроля.

Динамические характеристики двигателя, его кинематических узлов моделируются на ПК. Очевидно, что адекватность построения Рис. 1 - Динамика изменения автомобильного диагностической модели и выбранного парка в мире с 1960 по 2000 г.г.

метода для её решения, их корректность должны быть проверены экспериментально, путём натурного моделирования.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации Сложность вибрационных и акустических процессов, генерируемых агрегатами, кинематическими узлами, различие физических моделей и методов их математического описания послужили основанием для разбиения его на три диапазона частот: низких (0 – 200 Гц), средних (200 – 1 000 Гц) и высоких (от до 10 – 20 кГц).

На низких частотах вся машина рассматривается как единая упругая система, исследование которой проводится методами прикладной теории колебаний. Для таких частотных диапазонов Рис. 2 - Структура технической диагностики используется метод построения моделей диагностики путём математического моделирования динамики машин на эксплуатационных режимах.

Колебания среднечастотного диапазона обусловлены нарушением геометрии кинематических пар, а также наличием случайного возбуждения, являющегося результатом воздействия технологических, кинематических, регулировочных и других случайных факторов. Анализ динамики в этом диапазоне обычно проводится путём разбиения системы на ряд подсистем со связями, характеризуемыми параметрами типа динамической жесткости, импеданса.

Исследование моделей может выполняться на количественном и качественном уровне. Более распространенным является качественное исследование. В этом случае не требуется высокая точность идентификации характеристик, которую трудно осуществить на практике. При выявлении диагностических признаков важным является только относительное изменение того или иного параметра модели и его влияние на вибрационный сигнал.

При моделировании необходимо иметь возможность получать временные реализации вибрационного сигнала для последующей их математической обработки, с целью извлечения диагностической информации – формирования диагностических признаков. Для реализации моделей пригодны методы численного интегрирования дифференциальных уравнений (метод Эйлера, метод Рунге Кутта и др.). Широкие возможности в плане численного решения и математической обработки данных предоставляют математические системы Mathcad, Matlab и пр.

Для анализа вибрационных характеристик механизма в среднем и высокочастотном диапазоне при наличии дефектов, имеющих малую вибрационную активность (дефекты контактирующих поверхностей зубчатого зацепления, дефекты тел и дорожек качения подшипников и пр.), целесообразно использовать имитационную диагностическую модель узла механизма.

В общем случае определение степени безопасности функционирования таких систем механических, надежности их функционирования может быть осуществлено с использованием положений технической диагностики – науки о распознавании состояния технических систем, которая имеет XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации возможность решать широкий круг проблем, связанных с получением и оценкой диагностической информации.

Исходя из определения технической диагностики, можно выделить два основных взаимосвязанных направления разработок, которые формируют структуру ее практической реализации в виде контрольно-измерительной системы диагностики.

Первым направлением разработок, который обеспечивает решение поставленных задач, является обеспечение получения достаточного объема информации о степени надежности составных элементов, блоков, узлов и системы в целом в необходимый момент времени в процессе ее эксплуатации. Решение этого круга задач осуществляется на основе теории способности контроля.

Вторым направлением в разработке структуры контрольно-измерительной системы диагностики есть обеспечение достоверной информации о состоянии контролируемого объекта (системы), его составных элементов, блоков, узлов и объекта контроля в целом. Это направление реализуется с привлечением теории распознавания образов.

Рассмотрим более подробно суть теорий способности контроля и распознавания образов.

Теория способности контроля включает в себя следующие элементы:

• методологию определения объема необходимой и достаточной информации для диагностики технической системы;

• создание методов и средств получения диагностической информации;

• реализацию разработок в виде контрольно- измерительных приборов и систем диагностики состояния исследуемых антропогенных систем;

• методы определения неисправностей.

Теория распознавания разрешает оценить состояние системы на основе комплекса данных, получаемых при реализации теории способности контроля в конкретной антропогенной системе.

В свою очередь, теория распознавания включает следующие разделы:

• разработку диагностических моделей (методов обработки информации, которая поступает от контрольно-измерительной системы);

• составление правил решения моделей состояния технической системы в каждый момент времени на основе характеристик, слежение за которыми осуществляет контрольно измерительная система диагностики;

• разработку алгоритмов прогнозирования и распознавания состояния технической системы в конкретный момент времени.

Существо технической диагностики представлено в виде структурной схемы (рис. 2).

Использование рассмотренных описанных направлений, информационных методов исследования кинематических узлов и механизмов автомобильного транспорта позволит значительно повысить безопасность жизнедеятельности человека в производственной сфере, уменьшить степень риска работающих, минимизировать отрицательное влияние вибрации и шума на окружающую среду.

ЛИТЕРАТУРА 1. Korzeniowski L.F. Serikov Y.A. Europejski wymiar securitologii. Krakw: EAS, 2011. - 244 s.

Шутенко Л.М., Сериков Я.С., Золотов М.С. и др. Исследование строительных материалов и 2.

конструкционных элементов зданий и сооружений и механических систем неразрушающими методами, с применением упругих волн. Монография. Харьков, Баркова Н. А. Виброакустические методы диагностики СЭУ. Л.: ИКИ, 1996.

3.

Сериков Я. А., Таланин Д. С. Разработка информационной системы контроля вибрационных 4.

характеристик двигателей внутреннего сгорания. / 3-я Міжнародна н-техн. конф. «Інформаційна техніка та електромеханіка», Луганськ – 2005, с. 124 – 128.

Алексеев С.В., Усенко В.Р. Гигиена труда. – М.: Медицина, 1988.

5.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации УДК 613.644:628. Я.А.Сериков, И.М. Патракеев, В.Д. Шипулин, Малышева В.В.

ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ УРОВНЯ ШУМА ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ ГОРОДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Харьковская национальная академия городского хозяйства Украина, 61002, г.Харьков, ул. Революции, 14, тел. (057) 707-31-28, (057) 707-33-18;

E-mail: yserikov@yandex.ru Изложены результаты разработки методики исследования шумового поля примагистральных территорий в населенных пунктах. В качестве инструментария, который используется для построения шумового поля и исследования его пространственных параметров, выбраны геоинформационные технологии. Как техническое решение защиты примагистральной селитебной зоны и зоны расположения предприятий и организаций от повышенного уровня шума предлагается использовать защитные экраны.

Обеспечение комфортного акустического климата в примагистральных территориях населенных пунктов является проблемной задачей, актуальность которой непрерывно возрастает [1, 2]. Это связано с чрезвычайно высокими темпами автомобилизации (рис. 1). Так, например, на 1.01.2003 г. количество транспортных средств на 1000 жителей г. Харькова составило 135 единиц. Каждый год количество автомобилей в среднем взрастает на 20 тысяч единиц. Согласно прогнозу Генерального плана развития г.

Харькова на 2004 – 2026 гг., на конец этого периода уровень автомобилизации составит 300 единиц на тысячу жителей города.

Увеличение уровня автомобилизации вызывает повышение вредного влияния транспортного потока на окружающую среду. Кроме выбросов отработанных газов, транспортный поток излучает в окружающую среду шум, который вредно влияет на состояние организма людей, которые живут или работают непосредственно возле городских транспортных магистралей. В то же время, Государственные санитарные правила планирования и застройки населенных пунктов Украины [3] регламентируют размеры санитарно-защитных зон от промышленных и транспортных источников шума к зоне жилой застройки, а также указывают, что обеспечение на селитебной территории акустического режима, который соответствует гигиеническим нормативам, должно осуществляться путем применения градостроительных, строительных и конструктивных решений, административно-организационными мероприятиями.

Влияние шума, в частности транспортного, на человека исследуется уже достаточно длительное время. За этот период установлено, что шум, который имеет повышенные (по сравнению с предельно допустимыми) уровни звукового давления, неспецифически влияет на слуховой анализатор человека, снижает уровень разборчивости речи, концентрацию внимания. Одновременно действие шума таких уровней вызывает нарушения в работе нервной, сердечно-сосудистой систем организма человека, а также вредно влияет на работу желудочно-кишечного тракта и процессы обмена веществ [4, 5]. Исходя из этого, задача защиты от повышенного уровня шума людей, которые живут или работают в зданиях, расположенных возле транспортных магистралей, является актуальной как социальном, так и экономическом аспектах.

В рассматриваемом случае, права жителей населенных пунктов на безопасные и безвредные условия проживания, создание благоприятных условий для функционирования предприятий города, которые расположены на примагистральных территориях, устанавливаются за счет обеспечения акустического комфорта в жилищных помещениях и на рабочих местах.

Решение этой задачи является наиболее актуальным для селитебной зоны, дошкольных, учебных заведений, медицинских учреждений.

Рис. 1 - Динамика изменения автомобильного Одним из направлений решения парка в мире с 1960 по 2000 г.г.

поставленной задачи является усовершенствование транспортной схемы города. Однако, это мероприятие является экономически дорогим, требующим для изучения предмета, постановки задачи и ее реализации значительного отрезка времени.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Шумы и вибрации В связи с этим, для своевременного решения задачи обеспечения комфортного акустического климата в проблемных примагистральных территориях населенных пунктов, необходима разработка реально реализуемых эффективных методов исследования и анализа пространственных характеристик шумового поля транспортных потоков, инструмента их реализации, с последующим созданием технических средств защиты рассматриваемых объектов.

Чрезвычайно высокие темпы автомобилизации практически исключают применение традиционных методов получения исходной информации для разработки адекватных, оперативно трансформируемых, характеризующихся возможностью реализации функции прогнозирования проектных решений по совершенствованию шумовых характеристик на проблемных территориях населенных пунктов. Эти методы включают такие этапы: измерение уровней шума, изучение наблюдателями интенсивности движения, скоростей движения, соотношения между частями транспортных потоков, которые поворачивают налево, направо или продолжают движение прямо и т.д. Наблюдаемая тенденция к изменению количества транспортных средств, его качественного состава предопределяет значительное снижение достоверности данных исследования, а также усложнение решения задачи прогнозирования в связи с высокой трудоемкостью работ.

Опыт применения геоинформационных технологий показывает, что на их основе возможно решение задачи определения пространственных параметров шумового поля транспортных потоков города, их мониторинга. На основе полученных данных реальна разработка эффективных вариантов проектных технических решений по нормализации акустического климата в проблемных примагистральных территориях, с прогнозированием последствий принятых решений. При этом, этап измерения уровней шума в определенных точках, привязанных к карте города, не исключается и фактически является одним из основных.

Предлагаемое решение задачи состоит из ряда этапов. Первым этапом решения поставленной задачи является аэрофотосъемка города. Выполненная аэрофотосъемка дает возможность построить модель его дорожной сети, уточнить ее геометрические характеристики, выявить зоны аномалий плотности автотранспорта, которые характеризуются повышенным уровнем шума (рис. 2. а).



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.