一种用于船舶舱室降噪减振复合结构件的制作方法

本发明涉及一种降噪减振结构，具体地说是在船舶舱室复杂的噪声环境中具有良好吸声隔振结构。

背景技术

近年来我国船舶业发展迅速，船舶制造技术日渐成熟，对于船舶安全性和舒适性的需求大大提高。长时间工作居住在舱室噪声中容易是引起人们情绪烦躁、影响人们工作、危害人们健康，而且振动噪声极大危害船舶运行的安全。随着船舶业的不断发展，振动噪声问题受到越来越多的重视，对减振降噪的要求不断提高。

船舶机舱里集中布置各类动力机械设备，为船舶航行提供动力与安全监测。航行中动力设备不可避免的会产生噪声，而且机舱里空间狭小，环境恶劣，噪声源复杂，混响时间长，尤其是低中频噪声产生的危害最大。另外在船舶航行中，因为水流的不规则冲击，激起船体的局部振动并向周围辐射噪音。长期在生活工作在这种噪声环境中对人们的身心健康和正常工作生活造成极大的伤害，因此我们需要采取适当的措施来降低机舱舱室噪声，提高船上人员工作生活的舒适性。船舶噪声控制传统的方法是添加吸声材料进行噪声控制，但是长时间暴露在潮湿环境下，吸声材料容易受潮失效，而且吸声材料对低中频噪声的吸声效果不理想，因此传统制造方法具有一定的局限性。

目前微穿孔板吸声的应用国内外学者研究的热点，前景十分广泛，在20世纪70年代我国马大猷教授发表的《微穿孔板吸声结构的理论与设计》论文中研究出吸声效果良好微穿孔板结构并得到国际上的认可，但是传统的微穿孔板结构存在的缺点是吸声频带窄，仅在共振频率附近才会有较好吸声效果。为提高微穿孔板的吸声效果，有学者提出通过减少微穿孔板的厚度来改善吸声效果，但是一味减少板厚对实际应用有很大的限制。另外还有在微穿孔板后面添加吸声材料，但是这样容易造成结构的二次污染。因此针对复杂的机舱舱室环境如果能探索出一种降低噪声减少振动的结构，对于舱室降噪减振具有重要的工程应用前景

技术实现要素：

本发明的目的在于针对机舱舱室噪声源的环境特点和传统吸声材料存在的问题和缺陷，有效利用机舱舱室的空间，在不改变船体结构的前提下，优化低频降噪的能力，而提供一种既能降噪，又能提高减振的一种用于船舶舱室降噪减振复合结构件。

为了达到上述目的，本发明实现目的所采取的技术方案：

一种用于船舶舱室降噪减振复合结构件，包括外层微穿孔板、框架和通过连接件与舱室围壁相连接的里层微穿孔板，其特征在于：所述的外层微穿孔板和里层微穿孔板通过框架固定连接组合成双层微穿孔空腔体，所述的空腔体中框架相对应的两侧壁上通过弹性连杆固定连接有多列多层颗粒阻尼器。

进一步优选，所述的外层微穿孔板和里层微穿孔板的相隔距离为50mm～80mm，所述微穿孔的孔径为0.6mm～1mm，穿孔率为1％～5％。

进一步优选，所述的颗粒阻尼器为内填充有金属颗粒球的密闭腔体，所述金属颗粒球的填充率为70％～75％。

进一步优选，所述的密闭腔体为立方体形或圆球体形。

进一步优选，所述的外层微穿孔板、框架、里层微穿孔板、弹性连杆和颗粒阻尼器的腔体的材料均为钢材，所述的固定连接为焊接。

进一步优选，所述的连接件的纵截面形状为l形，l形的长短边上均设有螺钉孔。

本发明的具有的优点和有益效果

1、本发明所述的结构件的吸声原理可以根据等效电路原理进行分析，其相对声抗：

其中:r是声阻，ω固有频率，c是声速，d1是外层微穿孔板与里层微穿孔板的板间距离，d2是里层微穿孔板到船体的距离，式(1)中主要部分是前半部分的微穿孔板的相对声阻，后端微穿孔板的作用是有效的把频率响应向低频扩展，可以证明在低频率时余切函数非常大。有效后腔的深度接近d1+d2，与主共振时的后腔深度(d1+d2)/d1，吸声频带也相应增加。本发明的最大吸声系数公式可以表达成：(r是本结构相对声阻率，x是结构的声抗率)，当发生共振时，相对声抗率为0，相对声阻率要控制在1左右才能够获得高的吸声系数。

2、本发明将弹性颗粒阻尼器附着在振动传递的路径上，通过容器内的颗粒与颗粒之间以及颗粒与容器内壁之间不断的碰撞和摩擦，消耗系统能量，增强阻尼控制，来达到衰弱振动目的，这样可以减少双层微穿孔板的板振动，增加其稳定性，降低再生噪声，优化低频吸声能力。

3、本发明是刚性结构，具有清洁环保的特性，能用于高温，高风速、潮湿等恶劣特殊的环境，在严重油污灰尘的场所依然可以正常使用。本发明针对机舱狭小、潮湿、防火的空间特点，可以有效的降低机舱里的噪声。

4、船舶机舱里的管道布置和振动源的振动传播一般经过船体辐射，还有外部环境对船体的冲击都会造成船体的振动，强烈的振动会明显的对人员造成不舒适度，本发明为减振吸声结构，通过颗粒之间的摩擦耗散振动传递的能量，减少振动强度，可以保护船舶运行安全和降低舱室的振动，而且利用双层微穿孔板的吸声频带宽，吸声系数高，可以有效减少舱室噪声。

5、本发明不仅具有微穿孔板吸声结构的优点，在较宽的频带范围内具有非常好的消声效果，而且成本低廉，结构安装方便。

附图说明

图1是本发明的结构与安装剖视图

图2是图1的a-a剖面图

图3是颗粒阻尼器的构造剖面图

图4是连接件的三视图，(a)连接件的主视图，(b)连接件的左视图，(c)连接件的俯视图。

图中：1是外层微穿孔板、2是颗粒阻尼器、3是弹性连杆、4是框架、5是连接件、6是圆柱头螺钉、7是里层微穿孔板、8是舱室围壁、9是船体、21是金属颗粒球、22是腔体、23是开槽沉头螺钉、24是盖子。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以及结合附图及实施案例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图2和图3所示，为本发明的一种用于船舶舱室降噪减振复合结构件，由外层微穿孔板1、框架4、里层微穿孔板7、颗粒阻尼器2、弹性连杆3、连接件5、圆柱头螺钉6、金属颗粒球21、腔体22、开槽沉头螺钉23和盖子24构成。所述的框架4分别与外层微穿孔板1和里层微穿孔板7固定连接，组合成双层微穿孔空腔体；所述的颗粒阻尼器2和弹性连杆3共同组合成弹性颗粒阻尼器，安装在双层微穿孔空腔体内相对应的两侧壁上，连接方式选用焊接，根据微穿孔空腔体的体积大小，安装至少2列，每列3个颗粒阻尼器2；所述的颗粒阻尼器2由金属颗粒球21、腔体22、和盖子24组成一立方体形或圆球体形的密闭腔体，腔体22和盖子24采用开槽沉头螺钉23固定连接，合理设计控制金属颗粒球的填充率，使其在工作中，金属颗粒球可以得到充分摩擦碰撞，进而耗散传递的振动能量，增加结构阻尼，可以有效增加颗粒阻尼器减振的效果。从而在不增加结构的复杂程度的情况下，科学设计颗粒阻尼器2的颗粒填充率和安装个数及外层微穿孔板1与里层微穿孔板7的板间距离，可以增加该结构件自身的稳定性，扩宽其吸声频带，实现宽频带低中频吸声降噪与减少振动传递的功能。根据机舱舱室的空间特征，在不改变船体结构的情况下，本发明具有有效的隔振降噪的优点，而且制作方便，安装省力，成本较低。

所述的颗粒阻尼器2材料选用较高的杨氏模量的金属，所述的金属颗粒球21选用钨粒、铅粒或铁粒。

所述的弹性连杆3长度不超过板长的1/3，宽度在20mm～30mm，高度在10mm～20mm，材料选用较高的杨氏模量的金属。

所述的颗粒阻尼器2形状可以为立方体形或圆球体形。

所述的外层微穿孔板1、框架4和里层微穿孔板7材料均选用优质钢材。

如图1所示框架4通过焊接的方式分别与外层微穿孔板1和里层微穿孔板7连接，组成双层微穿孔空腔体，在空腔体内相对应的两侧壁上，安装有2列，每列3个弹性颗粒阻尼器2。该降噪减振复合结构件使用连接件5和圆柱头螺钉6固定连接在船舶机舱舱室围壁8上，并与船体9之间留有空气层，所述的连接件5纵截面为l型，l形的长短边上均设有用于连接的螺钉孔。

如图3所示，所述的腔体22和盖子24通过螺钉23固定连接，现场钻孔装配，选用沉头开槽螺钉，设计时颗粒阻尼器要有合理的间隙率，所述的金属颗粒球21的填充率保持在70％～75％。

船舶舱室降噪减振复合结构件的设计应该满足结构强度和承压稳定性的要求，外层微穿孔板1和里层微穿孔板7通过焊接方式连接在框架4上，双层微穿孔板间距在50mm～80mm，孔径在0.6mm～1mm之间，穿孔率为1％～5％。

弹性连杆3选用杨氏模量较高的金属材料，优选为45#钢；长度不超过微穿孔板长的1/3。

颗粒阻尼器2要科学设计间隙率，金属颗粒球21的填充率应控制在70％～75％之间，其颗粒球的大小设计以不至于造成颗粒阻塞情况下，选择较大粒径的颗粒，这样可以使腔体内的金属颗粒球21得到充分的碰撞摩擦，起到对传递振动能量的耗散效果。腔体22和盖子24通过沉头开槽螺钉23连接，装配方式参考图2和图3。

为减少其施工难度，本发明的结构件通过连接件5固定在船舶舱室围壁上，尺寸规格可以根据舱室设计和现场施工确定，连接件5的纵截面形状为l型，如图4是其三视图，通过圆柱头螺钉6紧固，装配方式参考图1。本发明所述的结构件与船体9留有空气层，可以有效提高对低中频的噪声吸声效果。并且颗粒阻尼器2可以增加结构件的稳定性，抑制在声波频率下微穿孔板结构发生共振，减少板振动，用以增加吸声频带和提高吸声的效果；双层微穿孔吸声体一般具有两个吸声峰值，共振频率的吸声峰值都达到了0.6以上，吸声频带也可达到3～4倍频程以上，吸声频带向低频得到了拓展。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明做出各种相应的改变和变形。凡采用等同替换或等效变换所形成的技术方案，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。