МНОГОСЛОЙНАЯ ВИБРОШУМОДЕМПФИРОВАННАЯ КОМПОЗИТНАЯ СТРУКТУРА Российский патент 2012 года по МПК B60R13/08 B32B5/16 G10K11/168 

Изобретение относится к многослойным виброшумодемпфированным композитным структурам (далее - МВКС), используемым для изготовления корпусных элементов производственно-технологического оборудования, энергетических установок, транспортных машин, систем вентиляции, отопления и кондиционирования, обладающих улучшенными акустическими характеристиками (обеспечивающих снижение структурного шумового излучения, производимого изгибно-колеблющимися виброактивными тонколистовыми структурами корпусных элементов).

Известны различные МВКС, обладающие высоким внутренним трением и содержащие в своем составе, например, несущие тонколистовые панели (металлические, полимерные) и адгезионно смонтированные на их поверхности виброшумодемпфирующие покрытия в виде мастик или листовых прокладочных ламинатов (прокладок), в результате чего обеспечивается их низкая виброакустическая активность. При этом технологическая процедура монтажа таких виброшумодемпфирующих структур может выполняться путем их напыления, штапелирования, приплавления (термоадгезии) или использования дополнительного термоактивного или липкого клеевого слоя на монтажных поверхностях плосколистовых виброшумодемпфирующих покрытий при установке их на поверхность тонкостенного корпуса виброактивного узла и/или системы. В качестве основы виброшумодемпфирующих покрытий, как правило, применяются смеси на основе битума или полимерных композиций различного химического состава с использованием разнообразных наполнителей и связующих компонентов, придающих им те или иные механические, виброшумодемпфирующие, технологические или другие характеристики.

При использовании указанных МВКС практически всегда существуют актуальные проблемы, связанные с улучшением их виброшумодемпфирующих свойств, при необходимых условиях снижения их удельного веса, габаритных и стоимостных параметров.

Известны различные технические решения, в которых в той или иной степени решаются указанные комплексные технические и экологические проблемы. В частности, в европейской заявке на изобретение №2006/077757, МПК С09К 3/00, опубликованной 27.07.2006, описана МВКС, содержащая в своем составе конструктивный элемент машины (узла, системы) в виде несущей тонколистовой панели и адгезионно смонтированный на ее поверхности виброшумодемпфирующий слой вязкоэластичного материала. При этом в структуру вязкоэластичного материала включены частицы инородного материала, имеющие форму сфероидов, отличные по своим физико-механическим характеристикам от характеристик рабочего слоя вязкоэластичного материала. Отношение длин осей таких сфероидных по форме частиц в продольном и поперечном направлении составляет не более 1. За счет использования такого типа МВКС достигается настроенное повышение ее виброшумодемпфирующих свойств в весьма узком диапазоне изменения температур (не более чем 20°С), при использовании одного типа и размера частиц, или же получение более низких («компромиссно посредственных») виброшумодемпфирующих свойств в более широком диапазоне изменения температур - при смешанном варианте использования нескольких типов таких сфероидных частиц, отличающихся между собой геометрическими и физическими параметрами. Недостатком данного технического решения является существенное усложнение структурного состава и технологического процесса изготовления такой МВКС, влекущее увеличение ее стоимости и трудоемкости изготовления, вызванные необходимостью включения в технологический процесс производства дополнительных трудоемких операций по изготовлению сфероидных частиц различной конфигурации, обеспечения последующего точного дозирования и равномерного распределения частиц по объему структуры материала, включая необходимость использования (приобретения) дополнительного технологического оборудования.

Известна МВКС, описанная в патенте Японии на изобретение №63265934, МПК C08J 9/06, опубликованном 02.11.1988, содержащая несущую тонколистовую панель и адгезионно смонтированный на ее поверхности слой вязкоэластичного виброшумодемпфирующего материала с введенными в его состав различными наполнителями и связующими веществами. При этом один из наполнителей при его нагревании обладает свойством объемного расширения, что позволяет увеличить толщину слоя вязкоэластичного материала до 4 раз. Важным технологическим требованием при этом является точное соблюдение дозирования процентного соотношения добавляемого вещества наполнителя. В противном случае, при использовании соответствующего вещества наполнителя, например, типа слюды, нарушение заданной точности дозирования влечет значительное падение виброшумодемпфирующих свойств МВКС. Недостатком данного технического решения является также трудность получения равномерного объемного распределения наполнителей и соблюдения заданного процентного соотношения наполнителей в объеме структуры вязкоэластичного материала. Другим техническим недостатком является увеличение габаритной толщины слоя вязкоэластичного материала (до 4 раз), что в большинстве случаев может оказаться критичным или неприемлемым по возможностям задаваемого ограничения компоновки технического устройства.

Весьма эффективным техническим приемом является использование МВКС, в которых для реализации и усиления диссипативного механизма виброшумодемпфирования за счет усиления амплитуд динамических сдвиговых деформаций (несущих основную долю ответственности за эффективность процесса виброшумодемпфирования, а соответственно -улучшения виброшумодемпфирующих свойств в целом), в состав вязкоэластичного виброшумодемпфирующего покрытия, адгезионно смонтированного на поверхности несущей тонколистовой панели, вводится дополнительный внешний ужесточающий армирующий слой, например, в виде металлической фольги или в виде слоя из другого тонкого, но более жесткого (чем вязкоэластичный слой) материала. Образуемые МВКС и практические примеры их использования описаны, например, в европейском патенте на изобретение №1323523 (МПК В32В 15/04, G10K 11/168, B60R 13/08, опубликованном 02.07.2003), патенте РФ на изобретение №2155283 (МПК F16F 7/08, F16F 15/02, опубликованном 27.08.2000), патенте Японии на изобретение №1009732 (МПК В32В 11/08, опубликованном 13.01.1983), патенте РФ на изобретение №2199454 (МПК В60R 13/04, В60J 5/04, опубликовано 27.02.2003), и др. Использование в структурах плосколистовых виброшумодемпфирующих покрытий внешнего ужесточающего армирующего слоя позволяет в существенной степени интенсифицировать сдвиговый механизм динамических деформаций рабочего вязкоэластичного слоя, увеличив тем самым эффективность процесса виброшумодемпфирования, а также, в некоторой степени дополнительно повысить звукоизоляционные свойства, увеличить суммарную (композитную) динамическую жесткость МВКС. Одновременно с этим, введение внешнего армирующего слоя виброшумодемпфирующего покрытия позволяет избежать недопустимого (нежелательного) утолщения вязкоэластичного слоя (в конечном итоге - прокладки в целом) при необходимости получения заданного более высокого эффекта виброшумодемпфирования МВКС.

Из патентов РФ на изобретения №2333545 (МПК G10K 11/16, опубликованном 10.09.2008 г.) и №2351995 (МПК G10K 11/16, опубликованном 10.04.2009 г.) известны МВКС повышенной эффективности, содержащие в своем составе несущую виброакустически активную (шумогенерирующую) тонколистовую панель и адгезионно смонтированное на ее поверхности виброшумодемпфирующее ламинатное покрытие, модифицированное сквозной или тупиковой перфорацией его составных слоев (вязкоэластичного, армирующего). Использование указанного типа МВКС позволяет улучшать их виброшумодемпфирующие свойства в расширенном диапазоне рабочих эксплуатационных температур +30…+80°С (меньшей чувствительности заданного техническими условиями эффекта виброшумодемпфирования от изменения рабочего температурного режима) при одновременном снижении удельного поверхностного веса виброшумодемпфирующего покрытия (до 25…40%). Этот положительный эффект достигается путем усиления динамических деформационных сдвиговых процессов, протекающих в его «рабочем» вязкоэластичном демпфирующем слое, обеспечивающих более эффективное преобразование механической работы динамических деформаций в тепловую энергию, необратимо рассеиваемую в процессе протекания таких динамических деформаций. При этом также может быть получено улучшение и качество адгезионного сопряжения поверхности виброшумодемпфирующего покрытия с встречной поверхностью несущей тонколистовой панели в процессе их температурной сушки после технологических процессов грунтовки и окраски. Это достигается вследствие того, что улучшается процесс эвакуации различных жидкостей из зон сопряжения поверхностей виброшумодемпфирующего покрытия с несущей тонколистовой панелью (грунта, краски, моющих средств). Существенными недостатками указанных технических решений является необходимость применения сложного технологического оборудования для изготовления перфорированных структур такого типа виброшумодемпфирующих покрытий. Также весьма сложным является предотвращение вынужденной периодической очистки инструментальной оснастки, разделения технологических отходов на составные разнородные компоненты при производстве перфорированных виброшумодемпфирующих покрытий (для их повторного использования и/или утилизации).

Известна МВКС, описанная в патенте РФ на изобретение №2151708 (МПК В62D 25/08, В60R 13/08), опубликованном 27.06.2000, содержащая несущую тонколистовую панель и адгезионно смонтированный на ее поверхности, как минимум, один слой вязкоэластичного вещества, облицованного снаружи армирующим слоем из жесткого материала. При этом плосколистовое виброшумодемпфирующее покрытие повторяет геометрическую форму сопрягаемой с ним поверхности несущей тонколистовой панели, и монтируется преимущественно в зонах пучностей ее низших собственных форм изгибных колебаний, а его суммарная площадь покрытия составляет не менее половины лицевой поверхности несущей тонколистовой панели. В таком варианте исполнения МВКС достигается эффективное снижение шумоизлучения от наиболее виброакустически активных (шумогененирующих) элементов технических устройств (машин, механизмов, систем). Однако следует отметить, что положительный эффект в этом случае обеспечивается в относительно узком эксплуатационном диапазоне изменения нагрузочных и скоростных режимов работы технического устройства, характеризуемом повышенным шумоизлучением преимущественно в низкочастотном диапазоне (50…200 Гц). Другие эксплуатационные режимы работы такого типа технических устройств, характеризуемые повышенным шумоизлучением в более широкополосном диапазоне частот (более 200 Гц) в данном случае игнорируются, что не обеспечивает требуемой высокой эффективности использования такого типа МВКС. Помимо этого, возникает необходимость выполнения трудоемких исследовательских работ по выявлению точного месторасположения зон пучностей низших собственных форм изгибных колебаний для каждого шумоактивного тонколистового корпусного элемента технического устройства.

В качестве прототипа выбрана МВКС, описанная в патенте РФ на изобретение №2097226 (МПК В60R 13/08), опубликованном 27.11.1997. Указанная МВКС содержит в своем составе несущую тонколистовую панель, адгезионно смонтированную на ее поверхности армированную виброшумодемпфирующую прокладку, состоящую из вязкоэластичного слоя, армирующего слоя жесткого материала толщиной 0,1…0,4 мм. При этом армированная виброшумодемпфирующая прокладка монтируется на значительной (до 90%) площади несущей тонколистовой панели. Использование жесткого металлического армирующего слоя, а также глухих (тупиковых) или сквозных прорезей в структуре армированной виброшумодемпфирующей прокладки позволяет придавать ей геометрическую форму, соответствующую форме сопрягаемой поверхности несущей тонколистовой панели, улучшая при монтаже качество их поверхностного сопряжения, и тем самым повысить виброшумодемпфирующие свойства образованной МВКС.

Существенным недостатком МВКС, выбранной в качестве прототипа, является ее недостаточно высокая виброшумодемпфирующая эффективность и высокий вес (вследствие использования значительной площади виброшумоактивной несущей тонколистовой панели, покрываемой армированной виброшумодемпфирующей прокладкой).

Техническая задача, решаемая использованием заявляемого изобретения, заключается в улучшении виброшумодемпфирующих свойств при одновременном снижении веса МВКС за счет обеспечения эффектов усиления динамических деформационных сдвиговых процессов, протекающих в ее вязкоэластичном слое и обеспечивающих, в связи с этим, интенсивное необратимое преобразование механической работы динамических деформаций в тепловую энергию.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что известная МВКС содержит несущую тонколистовую панель, армированную виброшумодемпфирующую прокладку, состоящую из вязкоэластичного слоя, армирующего слоя, адгезионного промежуточного слоя (соединяющего армирующий и вязкоэластичный слои), адгезионного монтажного слоя (сопрягающего встречные поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладки и несущей тонколистовой панели). При этом армирующий слой армированной виброшумодемпфирующей прокладки с одной из сторон превышает габаритные размеры вязкоэластичного слоя, образуя концевую, несопряженную с поверхностью вязкоэластичного слоя часть, не менее 30% тыльной поверхности, которая адгезионно закреплена на поверхности несущей тонколистовой панели.

Несущая тонколистовая панель МВКС может быть выполнена как из листового металла (например, стали или алюминия), так и полимерного материала.

Вязкоэластичный слой армированной виброшумодемпфирующей прокладки может быть изготовлен из той или иной известной композиционной смеси веществ материалов, обладающих высоким внутренним трением на основе битума, битумно-полимерной композиции, поливинилхлорида, сополимера алкилакрилата, смеси полибутадиена и каучука, прессованной битуминизированной целлюлозной структуры, модифицированного битумного расплава с минеральными органическими и прочими наполнителями, связующими и армирующими компонентами или другими известными составными компонентами, используемыми в современных технологиях производства виброшумодемпфирующих покрытий.

Армирующий слой виброшумодемпфирующего покрытия может быть представлен как металлической фольгой, например алюминиевой, стальной, так и другими неметаллическими «жесткими» на изгиб материалами, имеющими модуль Юнга Е_вд≥60×10⁹ Н/м².

В качестве материалов монтажного и промежуточного адгезионных слоев могут применяться, к примеру, липкое клеевое вещество на основе полибутилакрилата, каучуков или термоактивные вещества на основе полиэтилена, полипропилена, полиацетата, винила.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого технического решения, заключается в том, что за счет выполнения соответствующим образом МВКС практически исключается относительное свободное смещение (относительно несущей тонколистовой панели), уменьшаются динамические деформации армирующего слоя армированной виброшумодемпфирующей прокладки, интенсифицируя тем самым механизм преобразования механической вибрационной энергии (интенсифицируется процесс динамических сдвиговых деформаций и динамических деформаций «растяжение-сжатие» структуры вязкоэластичного слоя) в необратимым образом рассеиваемую (диссипируемую) при этом тепловую энергию. За счет этого может быть снижен удельный поверхностный вес и стоимость МВКС путем определенного уменьшения толщины вязкоэластичного слоя и/или армирующего слоя и сокращения площади вибродемпфирующего покрытия несущей виброактивной тонколистовой панели, при соблюдении условия сохранения заданных виброшумодемпфирующих характеристик на уровне прототипа.

Сравнение известной научно-технической информации и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного технического решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что заявляемое устройство МВКС имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический результат, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Другие особенности и преимущества заявляемого изобретения станут понятны из фигур графической части представляемого технического решения и следующего детального описания, где:

- на фиг.1 представлена структурная схема МВКС в составе фрагментной зоны несущей тонколистовой панели и адгезионно смонтированной на ее поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладки, свободная незадемпфированная концевая часть армирующего слоя которой закреплена на поверхности несущей тонколистовой панели, с использованием липкого адгезионного слоя, полностью покрывающего всю тыльную поверхность армирующего слоя;

- на фиг.2 представлена схема МВКС в составе фрагментной зоны несущей тонколистовой панели и адгезионно смонтированной на ее поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладки, свободная незадемпфированная концевая часть армирующего слоя которой закреплена на поверхности несущей тонколистовой панели с использованием липкого адгезионного слоя, покрывающего только монтажную зону тыльной поверхности свободной незадемпфированной концевой части армирующего слоя;

- на фиг.3 представлена схема МВКС в составе фрагментной зоны несущей тонколистовой панели и адгезионно смонтированной на ее поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладки, свободная незадемпфированная концевая часть армирующего слоя которой закреплена на поверхности несущей тонколистовой панели с использованием сварного соединения;

- на фиг.4 представлена схема МВКС в составе фрагментной зоны несущей тонколистовой панели и адгезионно смонтированной на ее поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладки, свободная незадемпфированная концевая часть армирующего слоя которой закреплена на поверхности выполненной выштамповки несущей тонколистовой панели (на высоту, равную сумме толщин монтажного адгезионного слоя и вязкоэластичного слоя), с использованием липкого адгезионного слоя, полностью покрывающего тыльную поверхность армирующего слоя;

- на фиг.5 представлена схема МВКС в составе фрагментной зоны несущей тонколистовой панели и адгезионно смонтированной на ее поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладки, свободная незадемпфированная концевая часть армирующего слоя которой закреплена на поверхности, изогнутой под углом 60…75° от горизонтальной плоскости несущей тонколистовой панели (на высоту, равную сумме толщин монтажного адгезионного слоя и вязкоэластичного слоя) с использованием липкого адгезионного слоя, полностью покрывающего тыльную поверхность армирующего слоя;

- на фиг.6 представлена схема МВКС в составе фрагментной зоны несущей тонколистовой панели и адгезионно смонтированной на ее поверхности в специально выполненном поднутрении - подштамповке (на глубину, равную сумме толщин монтажного адгезионного слоя и вязкоэластичного слоя) армированной виброшумодемпфирующей прокладки, свободная незадемпфированная концевая часть армирующего слоя которой закреплена на поверхности несущей тонколистовой панели с использованием липкого адгезионного слоя, полностью покрывающего тыльную поверхность армирующего слоя;

- на фиг.7 представлена схема МВКС в составе фрагментной зоны несущей тонколистовой панели и адгезионно смонтированной на ее поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладки, вязкоэластичный слой которой перфорирован сквозными отверстиями, а свободная незадемпфированная концевая часть армирующего слоя закреплена на поверхности несущей тонколистовой панели с использованием липкого адгезионного слоя, полностью покрывающего тыльную поверхность армирующего слоя;

- на фиг.8 на виде сверху представлена схема фрагментной зоны МВКС, содержащей несущую тонколистовую панель и смонтированную на ее лицевой поверхности обособленную армированную виброшумодемпфирующую прокладку;

- на фиг.9 на виде сверху представлена схема фрагментной зоны МВКС, содержащей несущую тонколистовую панель и две обособленных смонтированных на ее лицевой поверхности армированных виброшумодемпфирующих прокладок;

- на фиг.10 на виде сверху представлена схема фрагментной зоны МВКС, содержащей несущую тонколистовую панель и группировку (семейство обособленных) смонтированных на ее лицевой поверхности армированных виброшумодемпфирующих прокладок;

- на фиг.11 представлены упрощенные иллюстративные схемы протекания динамических деформаций многослойной виброшумодемпфирующей композитной структуры (МВКС), представленной в прототипе, при этом стрелками обозначены направления движения присоединительного наклонного участка несущей тонколистовой панели несопрягаемого с армирующим слоем вибродемпфирующей прокладки, а прерывистыми линиями - одна из форм изгибных колебаний несущей тонколистовой панели;

- на фиг.12 представлен вариант упрощенной иллюстрированной схемы протекания динамических деформаций заявляемой многослойной виброшумодемпфирующей композитной структуры (МВКС), в которой наклонный участок несущей тонколистовой панели сопряжен с армирующим слоем вибродемпфирующей прокладки;

- на фиг.13 представлен другой вариант упрощенной иллюстрированной схемы протекания динамических деформаций заявляемой многослойной виброшумодемпфирующей композитной структуры (МВКС), в которой наклонный участок несущей тонколистовой панели сопряжен с армирующим слоем вибродемпфирующей прокладки;

- на фиг.14 представлен еще один вариант упрощенной иллюстрированной схемы протекания динамических деформаций заявляемой многослойной виброшумодемпфирующей композитной структуры (МВКС), в которой наклонный участок несущей тонколистовой панели сопряжен с армирующим слоем вибродемпфирующей прокладки.

На приведенных фигурах 1-14 использованы следующие цифровые и буквенные обозначения:

1 - несущая тонколистовая панель;

2 - монтажный адгезионный слой;

3 - вязкоэластичный слой;

4 - промежуточный адгезионный слой;

5 - армирующий слой;

6 - концевая незадемпфированная часть армирующего слоя, несопряженная с поверхностью вязкоэластичного слоя (свободная от вязкоэластичного слоя);

7 - сварное соединение концевой части армирующего слоя, несопряженной с поверхностью вязкоэластичного слоя;

8 - отверстия перфорации вязкоэластичного слоя;

9 - армированная виброшумодемпфирующая прокладка;

10 - сварное соединение составных частей несущей тонколистовой панели;

h_пн - толщина несущей тонколистовой панели;

h_вз - толщина вязкоэластичного слоя;

h_ар - толщина армирующего слоя;

d_отв(вз) - диаметр отверстий перфорации вязкоэластичного слоя;

b_отв(вз) - межцентровой шаг отверстий перфорации вязкоэластичного слоя;

Δ - величина сдвиговых деформаций вязкоэластичного слоя;

Δ_z - величина выхода незадемпфированного участка армирующего слоя за пределы поверхности вязкоэластичного слоя (задемпфированного участка армирующего слоя);

α₀ - угол изгиба несущей тонколистовой панели в ее недеформированном состоянии;

α'₁…α'₇, α'₁…α'₇ - углы упругого динамического изгиба несущей тонколистовой панели в различных стадиях ее деформированного состояния.

Заявляемая МВКС содержит несущую тонколистовую панель 1 и смонтированную на ее поверхности, по крайней мере, одну армированную виброшумодемпфирующую прокладку 9, состоящую из вязкоэластичного слоя 3, армирующего слоя 5, адгезионного промежуточного слоя 4 и адгезионного монтажного слоя 2. При этом армирующий слой 5 с одной из сторон армированной виброшумодемпфирующей прокладки 9 превышает габаритные размеры вязкоэластичного слоя 3, образуя незадемпфированную концевую, несопряженную с поверхностью вязкоэластичного слоя часть 6, составляющую не менее 30% тыльной поверхности прокладки, которая закреплена на поверхности несущей формообразующей тонколистовой панели 1, с использованием того или иного типа адгезионного промежуточного слоя 4.

Армированная виброшумодемпфирующая прокладка 9 может быть смонтирована в поднутрении (подштамповке), выполненной в несущей тонколистовой панели 1, глубина которого равна сумме составляющих толщин адгезионного монтажного слоя 2 и вязкоэластичного слоя 3.

Возможен вариант технического исполнения, при котором, например, толщина армирующего слоя 5 армированной виброшумодемпфирующей прокладки 9 составляет 0,1 толщины вязкоэластичного слоя 3.

Не менее 30% тыльной поверхности концевой незадемпфированной части 6 армирующего слоя 5 армированной виброшумодемпфирующей прокладки 9 может быть закреплено на внутренней сопрягаемой поверхности несущей тонколистовой панели с использованием сварного соединения 7, в том числе - закреплено на негоризонтальной (наклонной) поверхности несущей тонколистовой панели 1 (сопряженных тонколистовых панелей).

Структура вязкоэластичного слоя 3 и адгезионного монтажного слоя 2 армированной виброшумодемпфирующей прокладки 9 может быть перфорирована отверстиями 8 с коэффициентом перфорации (k_пер):

где S_nep - суммарная площадь проекции отверстий перфорации 8 на плоскость поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладки 9, м², S_пр - площадь лицевой проекции поверхности задемпфированного участка 5 армированной виброшумодемпфирующей прокладки 9, м².

В процессе функционирования шумовиброактивного узла и/или системы машины, при приложении динамического вибрационного возбуждения к несущей тонколистовой панели 1 возникают ее изгибные динамические деформации совместно с установленной на ее поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладкой 9. Вследствие образования различных величин динамических (изгибных, сдвиговых) деформаций составных слоев образованной МВКС, в вязкоэластичном слое 3 армированной виброшумодемпфирующей прокладки 9 происходят преимущественно динамические деформации «растяжения-сжатия» и динамические сдвиговые деформации. Внешний армирующий слой 5 вибродемпфирующей прокладки 9, выполняя, в том числе, и изгибно ужесточающую функцию деформируется (динамически изгибается) на величины амплитуд колебаний отличные от амплитуд изгибных динамических деформаций несущей тонколистовой панели 1 (в том числе и вследствие его пространственной удаленности от поверхности изгибно колеблющейся несущей тонколистовой панели 1 на величину, равную толщине вязкоэластичного слоя 3), в результате чего он «динамически сдерживает» (и вследствие этого - дополнительно сжимает или растягивает) примыкающую к нему поверхность сопрягаемого вязкоэластичного слоя 3 (через адгезионный промежуточный слой 4), с внешним армирующим слоем 5. Этот динамический процесс вызывает появление сопутствующих дополнительных сдвиговых динамических деформаций вязкоэластичного слоя 3 по толщине его структуры, характеризующихся величиной соответствующих усиленных динамических деформаций сдвига материала и диссипации энергии вследствие внутреннего трения структуры этого слоя. При динамических деформациях «рястяжения-сжатия» и динамических деформациях сдвига вязкоэластичного слоя 3, возникающих в армированной виброшумодемпфирующей прокладке 9, интенсифицируются процессы внутреннего трения структуры материала в объеме структуры вязкоэластичного слоя, что существенно интенсифицирует процесс необратимого рассеивания механической деформационной (вибрационной) энергии в теплоту, обеспечивая тем самым повышенное виброшумодемпфирование. Таким образом, реализуется более эффективное необратимое преобразование вибрационной энергии в тепловую энергию.

При варианте выполнения армирующего слоя 5 армированной виброшумодемпфирующей прокладки 9 с превышением габаритных размеров вязкоэластичного слоя 3 и образованием закрепленной на поверхности несущей тонколистовой панели 1 незадемпфированной концевой части 6, несопряженной с поверхностью вязкоэластичного слоя 3, дополнительно усиливается процесс протекания динамических деформаций сдвига в структуре вязкоэластичного слоя 3. Указанное увеличение амплитуд динамических сдвиговых деформаций складываются из величин усиления амплитуд сдвиговых деформаций в зонах сопряжения армированной виброшумодемпфирующей прокладки 9 с несущей тонколистовой панелью 1 и из величин усиления амплитуд динамических сдвиговых деформаций в зонах сопряжения вязкоэластичного слоя 3 (через адгезионный промежуточный слой) с армирующим слоем 5. Возникновение указанных эффектов интенсификации динамических процессов обусловлено практически полным исключением относительного свободного продольного смещения (относительно несущей тонколистовой панели) и уменьшением динамических деформаций армирующего слоя 5 армированной виброшумодемпфирующей прокладки 9. В конечном итоге, относительно известного технического решения, принятого в качестве прототипа, в существенной степени интенсифицируется механизм преобразования механической вибрационной энергии в слоистой композитной структурев необратимо рассеиваемую при этом тепловую энергию, обеспечивая тем самым улучшение виброшумодемпфирующих свойств МВКС. В технических задачах жесткого ограничения удельного веса МВКС оно может быть достигнуто, например, как за счет некоторого уменьшения толщины вязкоэластичного слоя и/или армирующего слоя, так и уменьшения площади покрытия несущей тонколистовой панели (при соблюдении условия сохранения заданных техническим заданием или техническими условиями виброшумодемпфирующих характеристик на уровне, достигаемом прототипом).

Разумеется, представленное в описании техническое решение в виде заявки на изобретение не ограничивается только описанными выше конкретными конструктивно-технологическими примерами его осуществления, показанными на прилагаемых фигурах. Остаются также возможными несущественные изменения различных конструктивных и/или технологических элементов исполнения или применяемых материалов, из которых эти элементы выполнены, либо замена их технически эквивалентными, не выходящими за пределы объема притязаний, обозначенного формулой изобретения.

Изобретение относится к многослойным виброшумодемпфированным композитным структурам (МВКС), используемым для изготовления корпусных элементов производственно-технологического оборудования, энергетических установок, транспортных машин, систем вентиляции, отопления и кондиционирования, обладающих улучшенными акустическими характеристиками (обеспечивающих снижение структурного шумового излучения, 'производимого изгибно-колеблющимися виброактивными тонколистовыми структурами такого типа виброшумоактивных корпусных элементов). Многослойная виброшумодемпфированная композитная структура содержит несущую тонколистовую панель и смонтированную на ее поверхности, по крайней мере, одну армированную виброшумодемпфирующую прокладку, состоящую из вязкоэластичного слоя, армирующего слоя, адгезионного промежуточного слоя и адгезионного монтажного слоя. Отличительной особенностью МВКС является то, что армирующий слой с одной из сторон прокладки превышает габаритные размеры вязкоэластичного слоя, образуя концевую незадемпфированную часть, несопряженную с поверхностью вязкоэластичного слоя, составляющую не менее 30% тыльной поверхности шумовибродемпфирующей прокладки, которой она закреплена на поверхности несущей тонколистовой панели с использованием адгезионного промежуточного слоя. Рассмотрены различные варианты конструктивного и технологического исполнения заявляемого технического решения. Достигается улучшение виброшумодемпфирующих свойств при снижении веса. 5 з.п. ф-лы, 22 ил.

1. Многослойная виброшумодемпфированная композитная структура, содержащая несущую тонколистовую панель и смонтированную на ее поверхности, по крайней мере, одну армированную виброшумодемпфирующую прокладку, состоящую из вязкоэластичного слоя, армирующего слоя, адгезионного промежуточного слоя и адгезионного монтажного слоя, отличающаяся тем, что армирующий слой на одной из концевых частей прокладки превышает габаритные размеры вязкоэластичного слоя, образуя незадемпфированную концевую часть, несопряженную с поверхностью вязкоэластичного слоя, не менее 30% его тыльной поверхности, которая закреплена на поверхности несущей тонколистовой панели с использованием адгезионного промежуточного слоя.

2. Многослойная виброшумодемпфированная композитная структура по п.1, отличающаяся тем, что армированная виброшумодемпфирующая прокладка смонтирована в поднутрении-подштамповке несущей тонколистовой панели, глубина которой равна сумме толщин адгезионного монтажного и вязкоэластичного слоев.

3. Многослойная виброшумодемпфированная композитная структура по п.1, отличающаяся тем, что толщина армирующего слоя составляет не менее 0,1 толщины вязкоэластичного слоя армированной виброшумодемпфирующей прокладки.

4. Многослойная виброшумодемпфированная композитная структура по п.1, отличающаяся тем, что не менее 30% тыльной поверхности незадемпфированной концевой части армирующего слоя армированной виброшумодемпфирующей прокладки закреплено на поверхности несущей тонколистовой панели с использованием сварного соединения.

5. Многослойная виброшумодемпфированная композитная структура по п.1, отличающаяся тем, что не менее 30% тыльной поверхности незадемпфированной концевой части армирующего слоя армированной виброшумодемпфирующей прокладки закреплено на наклонной негоризонтальной поверхности несущей тонколистовой панели.

6. Многослойная виброшумодемпфированная композитная структура по п.1, отличающаяся тем, что структуры вязкоэластичного слоя и адгезионного монтажного слоя армированной виброшумодемпфирующей прокладки перфорированы сквозными отверстиями, коэффициент перфорации (k_пер) которой составляет:
,
где S_пер - суммарная площадь проекции отверстий перфорации на плоскость поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладки, м²;
S_пр - площадь лицевой проекции поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладки, м².