内燃机噪声振动与控制.ppt

徐传燕,实验及参考书目,2,教材：内燃机噪声振动与控制（机械工业出版社，吴炎庭编） 参考书：噪声与振动控制技术基础（科学出版社，盛美萍等主编） 振动力学（西安交通大学出版社，倪振华主编） 模态分析理论与实践（北京理工大学出版社，(比利时)海伦 编，白化同等译） 其他参考资料：期刊振动工程学报、振动与冲击等及网络资源 中国振动联盟 等 实验：内燃机振动噪声实验或模态分析测试,考核方法 考核方法：采用考勤、平时考核和期末测验结合的方法进行。 期末考试采用闭卷方式，期末考试成绩与平时成绩在总成绩中的比重为7:3。,声音的产生,声音是由物体的振动所造成的，经由弹性介质(Elastic Medium)以声波(Sound Wave)的方式将能量传送出去。,1.噪声和噪声的评价,2.声的特性参数,(1)频率和周期 频率( ) ：每秒钟振动的次数，以Hz为单位,噪声控制范围：63-16000Hz,周期( ) ：完成一次振动所需要的时间,(2) 波长和声速 波长( ) ：声波在一个周期内传播的距离 声速( ) ：声波在媒质中传播的速度 15时空气中声速：340m/s 波长( )、声速( ) 和频率( ) 的关系：,(3) 声波的物理度量 1) 声压及其瞬时值、平均值和有效值 2) 声强与声强级 3) 声功率与声功率级,声压与声压级 a.瞬时声压：某一瞬间的声压。 b.平均声压 对于纯音，平均值为0,c.有效声压：在一定时间间隔中将瞬时声压对时间求均方根值即得有效声压 用电子仪表测量得到的通常是有效声压, 人们习惯上讲的声压实际上也是有效声压.,日常生活中声音的声压数据 (Pa),人耳感觉听阈到痛阈的范围是: 210-5 20 Pa,c. 声压级:该声音的声压与参考声压的比值取以10为底的对数再乘20，单位：dB,用声压级表示人耳听阈与痛阈范围是:0 120 dB,人耳对频率为 1kHz 声音的可听闻为 0dB ； 微风轻轻吹动树叶的声音约 14dB ； 在房间中高声谈话声 ( 相距 1m 处 ) 约 68dB 74dB ； 交响乐队演奏声 ( 相距 5m 处 ) 约 64dB ； 飞机强力发动机的声音 ( 相距 5m 处 ) 约 140 dB ； 一声音比另一声音声压大一倍时大 6dB ； 人耳对声音强弱的分辨能力约为 0.5dB 。,2) 声强和声强级 a.声强：在声传播方向上单位时间内垂直通过单位面积的声能量，称为声音的强度，简称为声强，单位是 b.声强级：该声音的声强与参考声强的比值取以10为底的对数再乘10,单位,分贝(dB),声压级和声强级的关系：,3) 声功率和声功率级,a.声功率: 声源在单位时间内辐射的总能量，单位：瓦。 意义： 声功率是衡量声源声能量输出大小的基本物理 量；声功率可用于鉴定各种声源。,b.声功率与声强的关系,球面辐射时：,波阵面面积,c.声功率级,声功率级单位：分贝。,(4) 声源的辐射特性,声源的指向性：声源发出的声波，在各个方向上的声压分布并不一定相同，这种随方向分布的不均匀性，称为声源的指向性。 指向性因子：在离声源中心不同距离处，测量球面上各点的声强，求得所有方向上的平均声强，将某一方向上得声强与其相比就是该方向的指向性因数：,几种典型声源的辐射特性,（一）响度、等响曲线和响度级,人耳对强度相同而频率不同的声音有不同的响度感觉，即对于相同声压级但频率不同的声音，人耳听起来是不一样响的。 描述声音大小的主观感觉量,响度级 定义：以频率1000Hz纯音的声压级40dB为基准音，调节1000Hz纯音的声压级，使大量受试者判断，若某声源的噪声听起来与该纯音一样响亮，则该噪声的响度级就等于该纯音的声压级值。 单位：“方”（phon）。,响度 描述声音大小的主观感觉量，“宋”(sone) 定义：1000z纯音声压级为40dB时的响度为sone。,利用与基准音相比较的方法，可以得到整个可听频率范围纯音的响度级。,等响曲线是相等响度声音对应点的连线，相当于声压级、频率不同，但响度级相同的声音。 各曲线上的数字表示声音的响度级，即和这个声音同样响的1000Hz纯音的声压级。 零方响度级曲线(虚线)是听阈曲线，虚线上的点表明入耳刚能听到声音的频率和声压级，低于虚线的点所表示的一定频率和声压级的声音都听不到。120 phon曲线是痛阈曲线。 任一曲线低频区声压级高，高频区声压级低，说明人耳对低频声不敏感，对高频声敏感。 声压级高于100dB，等响曲线渐平缓，说明人耳分辨高、低频声音的能力变差，此时声音的响度级与频率关系已不大，主要决定于声压级。,(2)计权声级 考虑到人们主观上对响度感觉不同，根据等响曲线对频率给以适当增减的修正方法称为频率计权 常用的有A、B、C三种计权网络。 A计权曲线模拟人耳，近似于响度级为40phon等响曲线的倒置，使低频段有较大的衰减。 B计权曲线近似于70phon等响曲线的倒置，使低频段有一定的衰减。 C计权曲线近似于100phon等响曲线的倒置，可听声范围平直。 经A计权曲线测量出的分贝读数称A计权声级，dB(A)。同样经B或C测得的分贝读数分别为B计权声级和C计权声级, dB（B）、dB（C） 。,如果不加频率计权，仪器对不同频率响应是均匀的，即线性响应，测量的结果就是声压级，直接以分贝或dB表示，记作Lin称为L计权声级。 D计权测得的分贝数称D计权声级，dB(D)。D声级主要用于航空噪声评价。,A声级能较好地反映稳态宽频带噪声，国际公认用A声级作为保护听力和健康、以及环境噪声的评价量。,（3）噪声评价数（NR）曲线,评价室内噪声。 考虑了高频噪声比低频噪声对人的影响更大，可弥补A声级反映频率特性的不足。 以1kHz倍频带声压级值作为噪声评价数NR，其噪声级范围是0130dB，频率范围是31.58000Hz内9个倍频程。每条曲线上的NR值为曲线通过中心频率1000Hz的声压级数值。,NR数的确定方法,已知噪声的频谱,由噪声评价数曲线查得各频带相应的NR，其中最大者即为该噪声评价数NR。,已知倍频带声压级，相应的NR为 式中 各中心频率下NR数对应的声压级,dB； 各中心频率对应的系数。,方法1,方法2,方法3,NR数与A声级较好相关，二者间的近似关系为 式中， A声级, dB（A）。,不同中心频率的系数 和,(4) 等效连续A级声,定义：某时段内的非稳态噪声的A声级，用能量平均的方法，以一个连续不变的A声级来表示该时段内噪声的声级。 计算公式1：A声级测量值 连续 式中 等效连续A声级，dB（A）； 噪声暴露时间，h或min； 时间t内的A声级，dB（A）。,(5)噪声对听力的损伤,噪声污染危害典型案例, 1981年，在美国举行现代派露天音乐 会上，有300名听众突然失去知觉，昏 迷不醒，100辆救护车抢救。 1959年，美国有10名“自愿”作噪声试 验，当实验用飞机从10名自愿者头上 1012米高处飞过后，有6人当场死 亡，4人数小时后死亡, 1960年，日本广岛一男子被附近工厂发 出的噪声折磨烦恼万分，最后把工厂主 杀死。 1961年，一名日本青年从新泻来到东京 找工作，由于铁路附近，日夜噪声折 磨，患失眼症，自杀,如果人们长期在强噪声环境下工作，听觉疲劳不能得到及时恢复，且内耳器官会发生器质性病变，即形成永久性听阈偏移，又称噪声性耳聋。 长期在高噪声环境下工作的人与低噪声环境下的情况相比，会产生头痛、脑胀、耳鸣、失眠、全身疲乏无力以及记忆力减退等神经衰弱症状。高血压、动脉硬化和冠心病的发病率要高23倍。,危害,噪声也可导致消化系统功能紊乱，引起消化不良、食欲不振、恶心呕吐，使肠胃病和溃疡病发病率升高。 此外，噪声对视觉器官、内分泌机能及胎儿的正常发育等方面也会产生一定影响。在高噪声中工作和生活的人们，一般健康水平逐年下降，对疾病的抵抗力减弱，诱发一些疾病，但也和个人的体质因素有关，不可一概而论。,建筑噪声,建筑施工噪音,交通噪声,交通噪声,噪音对人类不同程度的影响 无法忍受：150dB130dB 感到疼痛：130dB110dB 环境声量等级 很吵：110dB70dB 较静：70dB50dB 安静：50dB30dB 极静：30dB10dB 无声：0dB,分贝的标准 2040dB 相当于轻声说话。 4060dB 相当于室内谈话。 6070dB 有损神经。 7090dB 很吵,长期在这种环境下学习和生活，会使人的神经细胞逐渐受到破坏。 90100dB 会使听力受损。 100120dB 使人难以忍受，几分钟就可暂时致聋。,42,噪声的控制依据：,声源振动产生声音,空气等介质的传播,耳膜的振动,振动与噪声的控制方法,1、消振（声） 2、隔振（声） 3、结构改进,内燃机的噪声控制 声源 1）降低激振源的激振 2）降低结构的传递函数 3）降低辐射表面的辐射效率 隔声 隔声罩 吸声,消声器,45,消声门,46,消声室,47,汽车性能测试,48,用途：(工业)控制室、设备间、精密仪器检测、测试 (民用)医学检查、科学研究、音乐练习、听力测试,某电子厂隔声测试房,惠而浦公司在线噪声测试房,隔声房,吸声体,吸声罩,1. 产品噪声标准 2. 噪声排放标准 3. 环境质量标准,环境噪声标准,二,1.产品噪声标准,a.汽车定置噪声 b.地铁车辆噪声标准,a.汽车定置噪声 汽车定置：汽车不行驶，发动机处于空载运转状态。 反映了车辆的排气噪声和发动机噪声情况。 汽车定置噪声限值对城市道路允许行驶的在用汽车规定了定置噪声的限值。,各类车辆定置噪声A声级限值(dB),2. 噪声排放标准,a.各类厂界噪声标准 b.建筑施工厂界噪声限值 c.铁路及机场周围环境噪声标准,a 工业企业厂界噪声标准（GB12348-90）,规定四类标准的适用范围为： 类标准适用于以居住、文教机关为主的区域。 类标准适用于居住、商业、工业混杂区及商业中心区。 类标准适用于工业区。 类标准适用于交通干线道路两侧区域。,b 建筑施工场界噪声标准（GB12523-90）,c.铁路及机场周围环境噪声标准,铁路边界噪声限值及测量方法 机场周围飞机噪声环境标准,机场周围飞机噪声标准值及适用区域,注：一类区域：特殊区域居住区；居住、文教区。 二类区域：除一类以外的生活区。,a.工业企业噪声卫生标准 b.室内环境噪声允许标准 c.城市区域环境噪声标准,3. 环境质量标准,a.工业企业噪声卫生标准,工业企业厂区内各类地点的噪声标准（A计权声级dB）,b. 室内环境噪声标准 （1）国际标准化组织(ISO)的环境噪声标准 规定住宅区室内环境噪声的容许声级为3445dB，并根据不同时间、不同地区等条件进行修正，其修正值该标准亦做了规定。 （2）我国民用建筑室内噪声标准 我国民用建筑室内允许噪声级如表2-10所示。,我国民用建筑室内允许噪声级,C 我国城市区域环境噪声标准(GB309693),五类标准的适用区域为： 0类标准适用于疗养区、高级别墅区、高级宾馆区等特别需要安静的区域， 位于城郊和乡村的这一类区域分别按严于0类标准5dB执行。 1类标准适用于居住、文教机关为主的区域，乡村居住环境可参照执行该类标准。 2类标准适用于居住、商业、工业混杂区。 3类标准适用于工业区。 4类标准适用于城市中的道路交通干线道路两侧区域，穿越城区的内河航道两侧区域，穿越城区的铁路主、次干线两侧区域的背景噪声限值（指不通过列车时的噪声水平）也执行该类标准。 另外，夜间突发的噪声，其最大值不准超过标准值15dBA。,小结,噪声评价数（NR）曲线,响度、等响曲线和响度级；,振动噪声的控制方法；,计权声级；A声级和等效连续A声级,