Применение полимерных материалов в конструкции звукопоглощающей гибкой сетчато-пластинчатой панели Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДХ 534.16

ПРИМ CI 1С IИ С ПОЛИМЕРНЫХ МАТСРИАЛОС В КОНСТРУКЦИИ ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИЙ I ИЬКОЙ СЫ 4AIO-IUIAU ИНЧА I ОЙ ИА-Ш И

С. А. Траков. 3. В Бохан. А. Е. Зубарев ФГУП <НГП «Про:р?ес>\ г. Омск, Россия

Линоттп'я - Рассматривается итмпжнот. использования полимерных материала* r конструкции звукопоглощающей гибкой с етчато-пластинчатой панели. для повышения ее технологичности изготов-ленпя. Определены основные конструктивные особенности элементов трех вариантов измененной кон-струкдпп звукоизолирующей гибкой еетчато-иластинчатой панели. С" помощью метода конечных элементов проведен статический расчет п модальный анализ трех вариантов конструкции гибкой сетчато-пластиичатой напели. Определены прогибы от собственного веса н собственные частоты. На основе по лученных результатов описаны особенности напряженно-деформированного состояния несушен основы гибкой сетчато-иласгинчатсй панели Показана возможность применения полимерных или полимерных композитных материалов в производстве гибких сетчато-тастинчатых панелей с сохранением основных CRofirTR. присущих ол*orон исходной конструкции.

Ключевые слова: гибкая сетчато-пластинчатая панель, метод конечных элементов, собственные частоты. прогиб.

I. Введение

3 современной толике широко используются полимерные н композитные полимерные материалы Давно н успешно заменяется ме~алл ш композитные материалы r судостроении например при тгготсилеяии корпусов с удов [ 1 ], 1дс традиционно исцсльздшиысь метилы. Б связи с л им иос.шныи ви'¿никак.11 вспросы применимости пллобнчтх материалов* я гущегтиуьчщих успешно акчитуатируемых изделиях млтпино-грсеки! авиации судостроения н других отраслей промышленности: например, замена в звукопоглощающих гнекнх сстчаго-пластннчатых панелях (ТСШГ. [2. 3] металлических деталей еа детали из полимерных либо по.тимерио-компознтных материалов.

ГнбЕие сетчато-пластинчатые панели, как и любое серийное изделие машиностроения имеют сбои особенности при изготовлении. В частности, опыт показал, чте производство ГСПП базозон конструкднк [2.3] требует значительных финансовых затрат. Предварительный анализ показан, что положительный экономический эффект может сыть достигнут путем внесения изменений в существующею технологию производства [3] либо переходом на новую гелишкмшо. Таким образом, шучнах проблема, решаемая л да.чной работе. ¿¿ключаепл а неоЗхо-имссти пои:ка способа повьппенкя технологичности ГСПП. Для этого предлагается использовать в их конструкция :озрсмснныс полимерные. полимерно-композитных материалы или ;сч комбинации. Полимерные материалы ло сравнению с металлами легко обрабатываются, дтя них проп:е организовать литьевое производство детален.

5 данной раооте прсводнтся анализ возможности применения данных материалов с сохранением прочностных и жестхостчых характеристик оригинальных гибких сетчато-пласгннчатых панелей Другие преимущества от использования новых материалов в конструкции панелей в данной работе не рассматриваются.

П. Постанозка ЗАДАЧИ

С. петлю оценки япямсжнссти применения полимерных материалов r уонстругциг ГСПП рассмотрены -ри варианта конструкции, отличающиеея от базовой [2,3].

Первый вариант - конструкция, полностью выполненная из полимерных или полимерных композитных ма-тернатов.

Сторон вариант - несущая основа выполнена изпелимерных или полимерных композитных материалов (например. резннз. резниокорд). пластинки остаются без изменений, кск в конструкции [2, 3]

Третий вариант - пластинки выполнены из полимерных или полимерных композитных материалов, несущая основа остается без изменении.

Д.1Л шранлчгнид ьыЗира возможных кошару минных особенностей зафиксируем .iuiонную массу KJiupai-ного метра панели как аналог погонной массы пластины свинца толщиной 5 миллиметров. Ссгласно [4] с этой массой возможно достигнуть полного поглощения звука, т.е. это дозволит выполнить глазное назначение гнб-

кон сетчаго-пласгннчатсн панели - эффективно поглощать звук. На средних частотах звукоизолирующая эффективность прямо пропорциональна погонной массе ланели [5-61.

Основные критерии, когорые варьировались при проектировании конструкции комгозитной гибкой сетчатой пакета:

- геометрические размеры (габаритные размеры пане та в целом, размеры пласткнск. расстояние между пла-стинхами и т.д.);

- изгнбная жесткость (критерии, определяющие гибкоегь основания).

Рассмотрены все три варианта модификации конструкции для панелей размером 7*7 пластинок едннакозой погонной мгссы 56.7 пг/м" и габаритных размеров (пп-рниа. длина панелей н шастннок. расстояние между пла-стнихамн) о горизонтальном положении под действием соли тяжести и оиепнм их протаоепше характеристики (напряжения а несущей оскове). Крайние шькмиькн жестко закреплены.

Ш. Теория

Расчет статического нагружения и сосственных частот констр;.тоши панели проводится с помошью метода конечных элементов. В частности, определены прэпгоы панелей пэд собственным весом к найдены первые собствснкыс частоты.

Прогно ь центре панели для первого варианта составил 7.6 мм. для второго заригша состазил 7.7 мм. хля третьего варианта составил 7.6 мм

Пероа* обстьенпал частота дл! пероого оариаита рагпа 7.2-1 Гц. для второго варианта равна 7.1 Гц. для тре 1Ьаи вариакга раина 7.3 Гц.

Результаты численного моделирования представтены из рис. 1-3.

IV. Результаты

Рис. 1. Распределение напряжений в несушей основе, первый вариант (максимальные напряжения пскаганы светлым током, минимальные - темным)

Рис. 2. Гаспргдслснкс напряжений з нссушсй оснсвс. вгорон вариант (максимальные напряжения псказаны светлым тоеом. минимальные - темным)

Рис. 3. Распределение напряжений в несущей основе, третий вариант (максимальные напряжения показаны светлым тоном, минимальные - темным)

V. Обсуждение результатов

При одинаковых габаритных размерах панелей размерах пластинок (кроме высоты), упругомассовых характеристиках несущая основа панели, как видно на рнс. 1-3: в зависимости от варианта конструкции имеет различное распределение напряжений. Первый вариант с примерно одинаковой толщиной пластинок н несущей основы имеет относительно равномерное распределение напряжений по полимерной несущей основе. Второй вариант, поскольку пластинки изготовлены из металла, имеет ярко выраженные концентраторы напряжений на полимерной несущей основе, которые локализованы в углах панели. Третий вариант имеет наиболее равномерное распределение напряжений по несущей основе. Как и в первом варианте, здесь пластинки могут изгибаться вместе с несущим основанием. Это позволяет, в отлнчне от второго варианта, получить плавную кривую прогиба панели в целом, что и дает возможность уши от концентраторов напряжений.

Идентичность прогибов н первых собственных частот дает право говорить об идентичностн жесгкостных характеристик всех предложенных вариантов конструкции панелей.

Полимерные материалы имеют высокий удельный объем: поэтому, чтобы добиться в вариантах 1 и 3 условий. соответствующих исходным по погонной массе, требуется некоторая конструктивная доработка: увеличение массы. которую возможно реализовать как увеличением высоты пластинок так и добавлением материалов с высокой удельной плотностью в внде включений в полимерную матрицу

Напряжения в несущей основе каждого из вариантов конструкции не превышают допустимых.

VI ВЫВОД И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ полученных результатов позволяет сделать заключение о возможности использования полимерных материалов в конструкции ГСПП. Новая полимерная панель способна выполнять основные функции оригинальной ^Еукошо;тарующей_гнбкон сетчато-пластинчатой панели по критериям гибкости и прочности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Романов А. Д., Чернышев Е. А., Романов Е. А. Обоснование выбора материала корпуса малого учебного судна кз комполпных материалов Н Технические науки, современные наукоемкие технологии. 2015. № 3. С. 76-80.

2. Пат. 2340478 Российская Федерация. МГЖ В 60 К 13/08, G01K.11/16. Панель звукоизолирующая / Зубарев А. В., Трибельскнй И. А.. Адоннн В. А, Малютин В. И. № 2007131186/11; !аявл 15.08.2007: опубл. 10.12.2008, Бюл. №34. &с.:ил.

3. Пат. 2457123 Российская Федерация. МПК В 60 К 13/08. Панель звукоизолирующая и способ её изготовления Трибельскнй И. А.. Адоннн В. А.. Бобров С. П.. Бохан В. В., Гндион В. А. № 2011113321/11: заявл. 06.04.2011; опубл. 27.07.2012, Бюл.№21.

4. Простаков. А. Л. Гидроакустика и корабль. Л_: Судостроение. 1967. 204 с.

5. Боголепов. И. И., Авфернок Э. И. Промышленная звукоизоляция. Л. : Судостроение, 1986. 368 е.: ил.

6. Клюкин. И. И. Борьба с шумом и !вуковон вибрацией на судах. Л. : Судостроение. 1.971. 416 с.