GB/T 22159.1-2012 声学与振动 弹性元件振动-声传递特性实验室测量方法 第1部分:原理与指南

ICS17.140

A59

中华人民共和国国家标准

/—/:

GBT22159.12012ISO10846-12008

声学与振动弹性元件振动声传递特性

-

:

实验室测量方法第部分原理与指南

1

国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

—

AcousticsandvibrationLaboratormeasurementofvibro-acoustictransfer

y

—:

roertiesofresilientelementsPart1Princilesanduidelines

pppg

(:,)

ISO10846-12008IDT

2012-12-31发布2013-06-01实施

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局

发布

中国国家标准化管理委员会

/—/:

GBT22159.12012ISO10846-12008

目次

前言…………………………Ⅰ

引言…………………………Ⅱ

1范围………………………1

2规范性引用文件…………………………1

3术语和定义………………1

4适用标准的选择…………………………3

5理论背景…………………4

6测量原理…………………7

()

附录A资料性附录与动刚度有关的函数……………13

()

附录B资料性附录传递刚度矩阵对称性的作用……………………14

()

附录C资料性附录简化的传递刚度矩阵……………16

()

附录D资料性附录弹性元件的线性特性……………18

参考文献……………………19

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/—/:

GBT22159.12012ISO10846-12008

前言

/《》:

声学与振动弹性元件振动声传递特性实验室测量方法分为以下个部分

GBT22159-5

———:;

第部分原理与指南

1

———:;

第部分弹性支撑件平动动刚度的直接测量方法

2

———:;

第部分弹性支撑件平动动刚度的间接测量方法

3

———:;

第部分弹性支撑件之外的元件平动动刚度

4

———:。

第部分测定弹性支撑件低频平动动刚度的驱动点法

5

本部分为/的第部分。

GBT221591

本部分按照/—给出的规则起草。

GBT1.12009

本部分等同采用:《声学与振动弹性元件振动声传递特性实验室测量方法第

ISO10846-12008-

:》。

1部分原理与指南

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Ⅰ

/—/:

GBT22159.12012ISO10846-12008

引言

,、、

各种被动隔振器用来降低振动的传递例如汽车发动机悬置建筑物的弹性支撑船用机器的弹性

()。

支撑和弹性柔性联轴器以及家用电器中的小型隔振器

/,,

本部分是GBT22159其他部分的应用指南它们描述了支配线性弹性元件振动传递最重要的量

。、、

即与频率有关的动刚度的实验室测量方法本部分提供了理论背景方法原理方法的局限性以及如何

选择本系列标准中最恰当的部分。

在/标准中的所有部分对实验条件的描述包括了静态预载的运用。

GBT22159

。,

这些方法得到的结果适用于防止低频振动和降低结构声的弹性元件但是这些方法没有提供能

,。

完整描述弹性元件用于衰减低频振动或冲击偏移的进一步信息需要附加的资料加以阐述

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Ⅱ

/—/:

GBT22159.12012ISO10846-12008

声学与振动弹性元件振动声传递特性

-

:

实验室测量方法第部分原理与指南

1

1范围

/的本部分规定了应用/、/、/和/在

GBT22159GBT22159.2GBT22159.3GBT22159.4GBT22159.5

,。

实验室测量弹性元件传递特性的原理并为选择合适的标准提供帮助

本部分适用于用来降低下列振动传递的弹性元件:

)音频振动(),(、

a20Hz~20kHz的结构声向结构的传递它可能导致结构辐射流体声如空气声

水声或其他媒质的声音);

)()。,

b低频振动的传递通常在1Hz~80Hz比如它会对人体产生影响或当振动过于严重时可

能对结构造成损害。

,/、/、//

本部分对测试方法作了简介而在和中

GBT22159.2GBT22159.3GBT22159.4GBT22159.5

。:

作了进一步的阐述采用这些试验方法所获得的测量数据可用于

———生产厂商和供应商提供的产品信息;

———产品研发过程中所需信息;

———产品质量控制;

国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

———计算通过弹性元件的振动传递。

保证测试方法有效的条件为:

)(,

a弹性元件振动特性为线性包括静态的载荷变形特性为非线性的弹性元件但在给定的静态预

,);

载荷下该元件需具有近似线性振动特性

)隔振器与相邻的振源及接收结构之间的接触界面可以简化为点接触。

b

2规范性引用文件

。,

下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件仅注日期的版本适用于本文

,,()。

件凡是不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于本文件

/、(:,)

机械振动冲击与状态监测词汇

GBT2298ISO20412009IDT

/:[

测量的不确定度第部分测量中不确定度的描述指南

ISOIECGuide98-33Uncertaintof

y

—:()]。

measurementPart3GuidetotheexressionofuncertaintinmeasurementGUM1995

py

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

隔振器vibrationisolator

弹性元件resilientelement

用于减弱一定频率范围内的振动传递而专门设计的隔振元件。

1

/—/:

GBT22159.12012ISO10846-12008

3.2

弹性支撑件resilientsuort

pp

、。

可支撑起机器建筑物或其他类型结构的隔振器

3.3

测试元件testelement

,。

被测弹性元件包括法兰和必要的辅助固定夹具

3.4

阻滞力blockinforce

g

Fb

,。

外加于隔振器输出端的动态约束力可使隔振器产生零位移输出

3.5

驱动点动刚度dnamicdrivinointstiffness

ygp

,

k

11

,,。

输出端被阻滞的条件下作用在隔振器输入端的力相量与输入端位移相量之比和频率有关

Fu

11

,/

kFu

=

1111

:“”。

注下标表示在输入端测量的力和位移

11

:、、。

注2k,的值会与静态预载荷温度相对湿度及其他条件有关

11

:,,,。

注在低频主要由弹力和阻尼力决定,在高频时还会受到弹性元件惯性力的影响

3k

11

3.6

隔振器逆向驱动点动刚度国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

dnamicdrivinointstiffnessofinvertedvibrationisolator

ygp

,

k

22

将隔振器的物理输入端和输出端互换后得到的驱动点动刚度。

:,,,,,

注在低频段驱动点刚度仅由弹力和阻尼决定此时,,在高频段还受到惯性力的影响因此,和,在

kkkk

=

11221122

不对称的情况下是不相同的。

3.7

[]

动态传递刚度dnamictransferstiffness

y

,

k

21

;:

与频率有关的复数为弹性元件输出端阻滞力相量与其输入端的位移相量之比

,

Fu

2b1

,,/

kFu

=

212b1

:、。

注下标分别代表弹性元件的输入端和输出端

112

:、、。

注2k,的值可能和静态预载荷温度相对湿度及其他条件相关

21

:,,。()。

注低频时,仅取决于弹性力和阻尼力且,,,表示隔振器输入端的作用力与位移之比高频

3kk≈kk

21112111

时,,还会受到弹性元件内部惯性力的影响,,,。

kk≠k

211121

3.8

弹性元件损耗因子lossfactorofresilientelement

η

,。,。

的虚部与实部之比即相位角的正切值低频条件下弹性元件惯性力的影响可忽略不计

,,

kk

2121

3.9

点接触ointcontact

p

如同一刚性物体表面振动的接触面。

2

/—/:

GBT22159.12012ISO10846-12008

3.10

线性linearit

y

满足叠加原理的弹性元件动态特性。

::(),();(),()。、,

注1叠加原理可表述为系统输入为xt时输出为t输入为xt时输出为t对于任意常数ab以

1122

yy

()(),()(),()(),。

及和当输入为输出为时则系统满足叠加原理

xtxtaxt+bxtat+bt

121212

yy

:,,

注在实践中采用上述方法进行系统线性特性的检验是不实际的一种有限度地检验线性特性的方法是通过测

2

。,,

量一输入级范围内的动刚度来实现的对一给定的预载荷如果动刚度基本不变则可认为该系统是线性

。,。

的事实上该方法检验的是系统响应与激励之间的比例关系

3.11

直接法directmethod

()。

测量隔振器输入端位移速度或加速度及输出端阻滞力的方法

3.12

间接法indirectmethod

,()

当隔振器输出端载有一质量已知的刚体时测量弹性元件振动的位移速度或加速度传递率的

方法。

:,“”。,/

注除了类似质量阻抗的情况术语间接法可能包括任何已知其阻抗的负载然而GBT22159中并未涉及此

类方法。

3.13

驱动点法drivinointmethod

gp

,()。

隔振器输出端受阻滞时测量其输入位移或者速度或者加速度及输入端作用力的方法

3.14国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

侧向传递flankintransmission

g

,,

隔振器输入端激励产生的振动经由待测弹性元件以外的其他路径传至输出端使隔振器输出端产

生的力和加速度。

3.15

上限频率uerlimitinfreuenc

ppgqy

UL

f

/,。

根据GBT22159各部分所给出的准则对k的结果有效的最高频率

1.2

4适用标准的选择

表给出了选择/系列标准中适用部分的指南。

1GBT22159

表1选择指南

////

GBT22159.2GBT22159.3GBT22159.4GBT22159.5

直接法间接法直接或间接法点驱动法

弹性元件类型支撑件支撑件非支撑件支撑件

、、/

波纹管软管弹性见GBT22159.2和

、、

示例仪器设备机械和建筑物的弹性台座

、/

联轴节输电线GBT22159.3

3

/—/:

GBT22159.12012ISO10846-12008

()

表续

1

////

GBT22159.2GBT22159.3GBT22159.4GBT22159.5

直接法间接法直接或间接法点驱动法

~

23

ff

()

1Hz~UL通常但不限于

f2

f

1Hz~UL

f

取决于测试装在之:/

UL20Hz~50Hz直接法见GBT

f

()

UL通常但不限于<

f

;(。;

置通常但不局限间对于非常坚硬22159.2

有效频率范围200HZ;

)的台座。:/

于2>100Hz间接法见GBT

f

UL取决于测试装置和

f

300Hz<UL<通常为2kHz~22159.3

f3

f

测试元件特性

,

500Hz5kHz但和测试装

置有关

平移分量、或、或、或、或

123123123123

转动分量无资料性附录资料性附录无

95%置信概率条件

()()

下的扩展测量不确可按照GUM来估算4dB作为上限4dB作为上限可按GUM来估算

定度

:,,、。

注在有效频率范围并在各方法的测量不确定度范围内直接法间接法和点驱动法会得出一致的结果

国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

第、章中将给出更进一步的指南。

56

5理论背景

5.1动刚度

,。

本章阐明了为什么在很多实际应用中动刚度是最适宜描述弹性元件振动声传递特性的原因同

-

,/,

时也介绍了其他一些振动声特性的特殊情况这些特性虽然在其他部分中没有涉及到

-GBT22159

但同样也是必要的。

,、。

正如3.7所定义的动刚度取决于弹性元件的弹性惯性和阻尼特性用刚度特性表述测试结果和

/。()

通常使用的静态和或低频动刚度的数据相符合惯性力的另一重要作用即隔振器内的弹性波效应

。,。

使得高频的动刚度比低频更复杂在低频时只有弹性力和阻尼力起主要作用因为通常情况下弹性

,,。

模量和阻尼特性在这个频段与频率关系不大因此这同样适用于低频动刚度

:,。

注对许多弹性元件而言静刚度不同于低频动刚度

,、。,

原则上振动声弹性元件的动刚度取决于静态预载温度和相对湿度以下的理论中假设弹性元

-

,。

件具有3.10所定义的线性特性更多资料见附录D

。,

附录中列出了动刚度与其他参数间的关系这些关系意味着在实际测试操作中只有根据实际

A

、,/,

情况才能决定是测量位移速度还是加速度但要使结果表述与GBT22159的其他部分相一致还需

要进行适当的转换。

5.2弹性元件的动刚度矩阵

5.2.1概述

、、。

分析复杂振动系统的常用方法是采用刚度矩阵柔度矩阵传递矩阵概念矩阵元素基本上是频率

4

/—/:

GBT22159.12012ISO10846-12008

,。,

响应函数的特殊形式这些函数描述机械系统或声学系统的线性特性在单个子系统特性的基础上可

[]

5

。,。/

以计算出子系统组合的对应特性上述的个矩阵形式相互关联可以相互转换但

3GBT22159

仅针对静载荷下弹性元件实验特性中的刚度类型的量做了规定。

弹性元件传递特征的通用概念框图见图1。

、、

图振源隔振器接收系统方框图

1

、,。

系统由振源个隔振器和接收结构个部分构成假设其相互之间为点接触对于每一个接触

n3

→

→

,,

点力矢量含有个相互垂直的分力和个相互垂直的力矩位移矢量含有个相互垂直的位移分

F33u3

。,、、。

量和个相互垂直的转动分量图中只表示了矢量和的一个分量这些矢量都含有

31FuFu

1122

,。

个元素其中表示隔振器的个数

6nn

(),

为说明在多数场合下阻滞传递刚度即3.7定义的动刚度适用于描述隔振器的性能应从最简单

的一个隔振器的单方向振动开始到多方向振动来讨论。

,

5.2.2单个隔振器单一振动方向

,:

对于单个隔振器的单一方向振动隔振器的平衡可以用下述方程表示

…………()

,,

Fkuku1

1=111+122

国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

…………()

,,

Fkuku2

2=211+222

式中:

———(,);

,和,当隔振器在相反方向被阻滞时即的驱动点刚度

kku=0u=0

112212

———,。,

,和,阻滞传递刚度即代表阻滞端的力与驱动端的位移之比对于被动隔振器因为被

kk

1221

,。

动线性隔振器具有互易性则有,=,