内燃机噪声振动与控制.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,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,。,内燃机噪声与控制,1,噪声的产生和传播特性,1.1,噪声对人体的影响及噪声控制的一般原则,1.2,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。,类型,波阵面,声线,声源类型,相关方程,平面声波,垂直于传播方向的平面,相互平行,的直线,平面声源,球面声波,以任何值为,半径的球面,由点声源发出的半径线,点声源,柱面声波,同轴圆柱面,线声源发出的半径线,线声源,1.,噪声和噪声的评价,1.,噪声,噪声,人们不需要的声音。,环境噪声,在工业生产、建筑施工、交通运输和社会生活中所产生的、干扰周围生活、环境的声音。,噪声污染,所产生的环境噪声超过国家规定的环境噪声排放标准，并干扰他人正常生活、工作和学习的现象。,内燃机的噪声有？,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,静态压强,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),声音种类,声压,声音种类,声压,正常人耳能听到最弱声,210,-5,织布车间,2,普通说话声,（,1m,远处）,210,-2,柴油发动机、球磨机,20,公共汽车内,0.2,喷气飞机起飞,200,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,声源类型,辐射特性,声压空间分布,辐射效率,点声源,无指向性,均匀,高,线声源,有一定的指向性,声偶极子,有很强的方向性,不均匀,低,平面声源,复杂的指向性分布,（一）响度、等响曲线和响度级,声频,声压,次声,20Hz,20kHz,超声,（,可听阈,）,210,-5,Pa,20Pa,（,痛阈,）,可听范围,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,：,1000,z,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。,响度级,听阈曲线,痛阈曲线,等响曲线,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,0,130dB,，频率范围是,31.5,8000Hz,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,倍频带中心频率,/Hz,63,35.5,0.790,125,22.0,0.870,250,12.0,0.930,500,4.8,0.974,1000,0,1.000,2000,-3.5,1.015,4000,-6.1,1.025,8000,-8.0,1.030,(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。,6070,dB,有损神经。,7090,dB,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),车辆类型,燃料种类,1998,年,1,月,1,日前出厂,1998,年,1,月,1,日后出厂,轿车,汽油,87,85,微型客车、货车,汽油,90,88,轻型客车、货车、越野车,汽油,n4300r/min,柴油,94,97,100,92,95,98,中、大型客车、,货车,汽油,柴油,97,103,95,101,大型货车,额定功率,N147kW,101,105,99,103,2.,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,）,类别,昼间,/dB,夜间,/dB,55,45,60,50,65,55,70,55,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,施工阶段,主要噪声源,噪声限值,/dB,昼间,夜间,土石方,推土机、挖掘机、装载机,75,55,打桩,各种打桩机,85,禁止施工,结构,混凝土搅拌机、振捣棒、电锯等,70,55,装修,吊车、升降机,65,55,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,适用区域,标准值,L,WECPN,(dB),一类区域,70,二类区域,75,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,）,序号,地点类别,噪声限值,1,生产车间及作业场所（工人每天连续接触噪声,8h,）,90,2,高噪声车间设置的值班室、无电话通话要求时,观察室、休息室 有电话通话要求时,75,70,3,精密装配线、精密加工车间的工作地点、计算机房,70,4,车间所属办公室、实验室、设计室（室内背景噪声级）,70,5,主控制室、集中控制室、通讯室、电话总机室、消防值班室（室内背景噪声级）,60,6,厂部所属办公室、会议室、设计室、中心实验室（包括试验、化验、计量室）（室内背景噪声级）,60,7,医务室、教室、哺乳室、托儿所、工人值班室（室内背景噪声级）,55,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,34,45dB,，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,建筑物,类型,房间功能,或要求,允许噪声级,/dBA,特级,一级,二级,三级,医院,病房、休息室,门诊室,手术室,测听室,40,55,45,25,45,55,45,25,50,60,50,30,住宅,卧室、书房,起居室,40,45,45,50,50,50,学校,有特殊安静要求,一般教室,无特殊安静要求,40,50,55,旅馆,客房,会议室,多用途大厅,办公室,餐厅、宴会厅,35,40,40,45,50,40,45,45,50,55,45,50,50,55,60,55,50,55,C,我国城市区域环境噪声标准,(GB3096,93),类别,昼间,/dB,夜间,/dB,0,50,40,1,55,45,2,60,50,3,65,55,4,70,55,五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,声的特性参数,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,