МОДИФИЦИРОВАННАЯ МНОГОСЛОЙНАЯ ВИБРОШУМОДЕМПФИРОВАННАЯ КОМПОЗИТНАЯ СТРУКТУРА Российский патент 2012 года по МПК B32B3/10 B60R13/08 

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 пониженная 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 виброшумодемпфирующих покрытий при установке на поверхность 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 типов МВКС остаются актуальными проблемы улучшения их виброшумодемпфирующих свойств при необходимых противоречивых условиях снижения их удельного веса, габаритных и стоимостных параметров.

Известны различные технические решения, в которых в той или иной степени решается указанная комплексная техническая и стоимостная проблема. В частности, в европейской заявке на изобретение №2006/077757, МПК C09K 3/00, опубликованной 27.07.2006, описана МВКС, содержащая в своем составе конструктивный элемент в виде несущей тонколистовой панели и адгезионно смонтированный на ее поверхности виброшумодемпфирующий слой вязкоэластичного материала. При этом в структуру вязкоэластичного материала включены (интегрированы) 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 средних») 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 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 ограничения компоновки технического устройства в составе узла или системы шумоактивного технологического или энергетического оборудования, транспортных машин и т.п.

Весьма эффективным известным приемом является использование МВКС, в которых для реализации и усиления процессов диссипативного механизма виброшумодемпфирования, обеспечиваемого за счет увеличения амплитуд динамических сдвиговых деформаций (несущих основную долю ответственности за эффективность процесса виброшумодемпфирования, а соответственно - за счет улучшения виброшумодемпфирующих свойств в целом), в состав структуры 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) листового материала. Такого типа 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 B60R 13/04, B60J 5/04, опубликованном 27.02.2003) и др. Использование в структурах плосколистовых виброшумодемпфирующих покрытий внешнего ужесточающего армирующего слоя позволяет в существенной степени интенсифицировать сдвиговый механизм протекания 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 (требуемого) 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 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 задаваемого техническими условиями эффекта виброшумодемпфирования от изменения рабочего температурного режима) при одновременном снижении удельного поверхностного веса виброшумодемпфирующего покрытия (до 25…40%). Этот виброшумодемпфирующий 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 адгезионного сопряжения поверхности виброшумодемпфирующего покрытия с встречной поверхностью несущей тонколистовой панели в процессе их температурной сушки после технологического процесса окраски. Это достигается вследствие того, что улучшается процесс эвакуации различных технологических жидкостей из зон сопряжения поверхностей виброшумодемпфирующего покрытия с несущей тонколистовой панелью (в технологических процессах нанесения на поверхности панелей грунта, краски, моющих средств). Существенными недостатками указанных технических решений является необходимость применения более сложного технологического оборудования, требуемого для изготовления такого типа перфорированных структур виброшумодемпфирующих покрытий. Также весьма сложными технологическими операциями являются предотвращение загрязнения и необходимость периодической очистки инструментальной оснастки, разделения технологических отходов на составные разнородные компоненты при производстве такого типа перфорированных виброшумодемпфирующих покрытий.

Известна МВКС, описанная в патенте РФ на изобретение №2151708 (МПК B62D 25/08, B60R 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 выраженных локальных зонах пучностей ее низших собственных форм изгибных колебаний, при этом суммарная площадь такого виброшумодемпфирующего покрытия составляет не менее половины лицевой поверхности несущей тонколистовой панели. В описанном варианте исполнения МВКС достигается более эффективное снижение шумоизлучения от наиболее виброакустически активных 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 (не учитываются вследствие большого числа высокочастотных колебаний при рассредоточенных по большой площади поверхности изгибно-колеблющейся тонколистовой панели), что не обеспечивает требуемой высокой эффективности использования такого типа МВКС. Помимо этого возникает необходимость выполнения предварительных трудоемких исследовательских работ на натурных образцах технических устройств по выявлению зон пучностей низших собственных форм изгибных колебаний для каждого составного шумоактивного тонколистового корпусного элемента технического устройства.

В качестве прототипа выбрана МВКС, описанная в патенте РФ на изобретение №2097226 (МПК B60R 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 или сквозных прорезей в структуре армированной виброшумодемпфирующей прокладки позволяет придавать ей предформованную геометрическую форму, соответствующую геометрической форме сопрягаемой поверхности несущей тонколистовой панели, обеспечивая при монтаже высокое качество их поверхностного сопряжения, а соответственно (тем самым) - повысить виброшумодемпфирующие свойства образованной МВКС.

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

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

Поставленная техническая задача решается за счет того, что МВКС содержит несущую тонколистовую панель, армированную виброшумодемпфирующую прокладку, состоящую из вязкоэластичного слоя в составе обособленных узкополосных, разделенных воздушными зазорами прокладок, монолитного 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 монолитный армирующий слой армированной виброшумодемпфирующей прокладки с одной из сторон превышает габаритные размеры вязкоэластичного слоя, образуя концевую, несопряженную с поверхностью вязкоэластичного слоя часть, которая своей тыльной поверхностью закреплена, например, адгезионно или с использованием сварного соединения на незадемпфированной поверхности несущей тонколистовой панели, вязкоэластичный слой армированной виброшумодемпфирующей прокладки выполнен в виде обособленных узкополосных плосколистовых фрагментов, разнесенных между собой с образованием соответствующих воздушных зазоров.

Несущая тонколистовая панель МВКС может быть при этом выполнена как из листового металлического материала (например, стали или алюминия), так и из полимерного материала (например, полипропилена, полиамида, АВС).

Вязкоэластичный слой армированной виброшумодемпфирующей прокладки может быть изготовлен из той или иной известной композиционной смеси веществ материалов с 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 (например, слоем стеклоткани, пропитанной эпоксидной смолой), имеющими модуль Юнга Е_вд≥60×10⁹ Н/м².

В качестве материалов монтажного и промежуточного адгезионных слоев предпочтительно использовать липкое клеевое вещество на основе полибутилакрилата, каучуков или термоактивные вещества на основе полиэтилена, полипропилена, полиацетата, винила, активизируемые заданной температурой нагрева. Также не исключается технология термоприплавления вязкоэластичного слоя к сопрягаемой поверхности армирующего слоя и поверхности несущей тонколистовой панели.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого технического решения, заключается в том, что за счет выполнения соответствующим образом МВКС, предусматривающим жесткое замыкание (защемление) концевой части армирующего слоя с незадемпфированным участком поверхности несущей тонколистовой панели, исключается свободное совместное смещение армирующего и вязкоэластичного слоев (относительно несущей тонколистовой панели) и уменьшаются свободные динамические деформации армирующего слоя, в то время как возрастают динамические деформации поверхностей, связывающих сопрягаемые поверхности вязкоэластичного и армирующего слоев армированной виброшумодемпфирующей прокладки, интенсифицируя тем самым деформационные процессы, протекающие в зонах сопряжения поверхностей армирующего слоя и вязкоэластичного слоя, усиливая механизм преобразования механической вибрационной энергии (интенсифицируется процесс как динамических сдвиговых деформаций структуры вязкоэластичного слоя, так и динамических деформаций «растяжение-сжатие») в необратимым образом рассеиваемую при этом тепловую энергию. Одновременно с этим выполнение соответствующих воздушных зазоров между обособленными фрагментами вязкоэластичного слоя обеспечивает его более высокую сдвиговую податливость (в сравнении с вариантом протяженного монолитного вязкоэластичного слоя), что в конечном итоге позволяет достичь дополнительного увеличения амплитуд динамических сдвиговых деформаций структуры армированной виброшумодемпфирующей прокладки. В связи с достигаемыми более высокими эффектами виброшумодемпфирования может быть потенциально (при необходимости) снижен удельный поверхностный вес и стоимость МВКС за счет определенного снижения толщины вязкоэластичного слоя и/или армирующего слоя и уменьшения площади покрытия несущей виброактивной тонколистовой панели (т.е. сокращения количества используемого дорогостоящего виброшумодемпфирующего вещества) при соблюдении условия сохранения виброшумодемпфирующих характеристик на уровне прототипа (выполнения требований технического задания или требований технических условий для данного технического объекта).

Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного 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 схема МВКС в виде фрагментной зоны несущей тонколистовой панели и адгезионно смонтированной на ее поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладки в составе монолитного армирующего слоя и обособленных узкополосных, разделенных воздушными зазорами вязкоэластичных прокладок, свободная концевая часть армирующего слоя которой закреплена на незадемпфированном участке поверхности несущей тонколистовой панели с использованием липкого (термоактивного) адгезионного слоя, полностью покрывающего тыльную поверхность армирующего слоя;

- на фиг.2 представлена схема МВКС в виде фрагментной зоны несущей тонколистовой панели и адгезионно смонтированной на ее поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладки, в составе монолитного армирующего слоя и обособленных узкополосных, разделенных воздушными зазорами вязкоэластичных прокладок, свободная концевая часть армирующего слоя которой закреплена на незадемпфированном участке поверхности несущей тонколистовой панели с использованием сварного соединения;

- на фиг.3 представлена схема МВКС в виде фрагментной зоны несущей тонколистовой панели и адгезионно смонтированной на ее поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладки в составе монолитного армирующего слоя и обособленных узкополосных, разделенных воздушными зазорами вязкоэластичных прокладок, свободная концевая часть армирующего слоя которой закреплена на незадемпфированном участке 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.4 представлена схема МВКС в виде фрагментной зоны несущей тонколистовой панели и адгезионно смонтированной на ее поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладки в составе монолитного армирующего слоя и обособленных узкополосных, разделенных воздушными зазорами вязкоэластичных прокладок, свободная концевая часть армирующего слоя которой закреплена на незадемпфированном участке 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.5 представлена схема МВКС в виде фрагментной зоны несущей тонколистовой панели и адгезионно смонтированной на ее поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладки в составе монолитного армирующего слоя и обособленных узкополосных, разделенных воздушными зазорами вязкоэластичных прокладок, структура вязкоэластичного слоя которой перфорирована сквозными отверстиями, а свободная концевая часть армирующего слоя закреплена на незадемпфированном участке поверхности несущей тонколистовой панели с использованием липкого адгезионного слоя, полностью покрывающего тыльную поверхность армирующего слоя;

- на фиг.6 представлена схема МВКС в виде фрагментной зоны несущей тонколистовой панели и адгезионно смонтированной на ее поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладки в составе монолитного армирующего слоя и обособленных узкополосных, разделенных воздушными зазорами вязкоэластичных прокладок, структура армирующего слоя которой перфорирована сквозными отверстиями перекрываемыми структурой вязкоэластичного слоя, а свободная концевая часть армирующего слоя закреплена на незадемпфированном участке поверхности несущей тонколистовой панели с использованием липкого адгезионного слоя, полностью покрывающего тыльную поверхность армирующего слоя;

- на фиг.7 представлена схема МВКС в виде фрагментной зоны несущей перфорированной сквозными отверстиями тонколистовой панели и адгезионно смонтированной на ее поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладки в составе монолитного армирующего слоя и обособленных узкополосных, разделенных воздушными зазорами вязкоэластичных прокладок, а свободная концевая часть армирующего слоя закреплена на незадемпфированном участке поверхности несущей тонколистовой панели с использованием липкого адгезионного слоя, полностью покрывающего тыльную поверхность армирующего слоя, при этом отверстия перфорации в несущей тонколистовой панели полностью перекрываются вязкоэластичным слоем обособленных узкополосных фрагментов (наполовину заполняющих вязкоэластичным веществом отверстия перфорации несущей панели) армированной виброшумодемпфирующей прокладки;

- на фиг.8 представлена схема МВКС в виде фрагментной зоны несущей перфорированной сквозными отверстиями тонколистовой панели и адгезионно смонтированной на ее поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладки в составе монолитного армирующего слоя и обособленных узкополосных, разделенных воздушными зазорами вязкоэластичных прокладок, а свободная концевая часть армирующего слоя закреплена на незадемпфированном участке поверхности несущей тонколистовой панели с использованием липкого адгезионного слоя, полностью покрывающего тыльную поверхность армирующего слоя, при этом отверстия перфорации в несущей тонколистовой панели полностью перекрываются вязкоэластичным слоем обособленных узкополосных фрагментов армированной виброшумодемпфирующей прокладки;

- на фиг.9 представлена схема МВКС в составе фрагментной зоны несущей тонколистовой панели и адгезионно смонтированной на ее поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладки в составе монолитного армирующего слоя и обособленных узкополосных, разделенных воздушными зазорами вязкоэластичных прокладок, структуры вязкоэластичного и армирующего слоя которой перфорированы сквозными несоосными отверстиями, а свободная концевая часть армирующего слоя закреплена на поверхности несущей тонколистовой панели с использованием липкого адгезионного слоя, полностью покрывающего тыльную поверхность армирующего слоя;

- на фиг.10 на виде сверху представлена схема фрагментной зоны МВКС, содержащей несущую тонколистовую панель и смонтированную на ее лицевой поверхности единичную (монолитную) армированную виброшумодемпфирующую прокладку;

- на фиг.11 на виде сверху представлена схема фрагментной зоны МВКС, содержащей несущую тонколистовую панель и смонтированные на ее лицевой поверхности две обособленные армированные виброшумодемпфирующие прокладки;

- на фиг.12 на виде сверху представлена схема фрагментной зоны МВКС, содержащей несущую тонколистовую панель и семейство обособленных армированных виброшумодемпфирующих прокладок, смонтированных на ее лицевой поверхности;

- на фиг.13 представлены схемы динамических деформаций многослойной виброшумодемпфирующей композитной структуры, представленной в прототипе;

- на фиг.14 представлена схема динамических деформаций заявляемой многослойной виброшумодемпфирующей композитной структуры;

- на фиг.15 представлена схема динамических деформаций заявляемой многослойной виброшумодемпфирующей композитной структуры;

- на фиг.16 представлена схема динамических деформаций заявляемой многослойной виброшумодемпфирующей композитной структуры.

На приведенных фигурах 1-16 использованы следующие цифровые и буквенные обозначения:

1 - несущая тонколистовая панель;

2 - монтажный адгезионный слой;

3 - вязкоэластичный слой обособленных узкополосных вязкоэластичных прокладок;

4 - промежуточный адгезионный слой;

5 - армирующий слой;

6 - концевая часть армирующего слоя, несопряженная с поверхностью вязкоэластичного слоя;

7 - сварное соединение концевой части армирующего слоя, не сопряженное с поверхностью вязкоэластичного слоя, а сопряженное с незадемпфированным участком поверхности несущей тонколистовой панели;

8 - воздушные промежутки, образованные между обособленными узкополосными вязкоэластичными прокладками вязкоэластичного слоя;

9 - отверстия перфорации вязкоэластичного слоя;

10 - отверстия перфорации армирующего слоя;

11 - отверстия перфорации несущей тонколистовой панели;

12 - армированная виброшумодемпфирующая прокладка;

h_пн - толщина несущей тонколистовой панели;

h_вз - толщина вязкоэластичного слоя;

h_ар - толщина армирующего слоя;

d_отв(пн) - диаметр отверстий перфорации несущей тонколистовой панели;

d_отв(вз) - диаметр отверстий перфорации вязкоэластичного слоя;

d_{отв(арм)} - диаметр отверстий перфорации армирующего слоя;

b_отв(пн) - межцентровой шаг отверстий перфорации несущей тонколистовой панели;

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

b_{отв(арм)} - межцентровой шаг отверстий перфорации армирующего слоя;

t_з - ширина воздушного зазора между обособленными узкополосными вязкоэластичными прокладками вязкоэластичного слоя;

Δ - величина сдвиговых деформаций вязкоэластичного слоя (узкополосных вязкоэластичных прокладок);

Δz - величина незадемпфированного выхода прямолинейного участка армирующего слоя за пределы поверхности вязкоэластичного слоя (торцевой поверхности крайней узкополосной вязкоэластичной прокладки);

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

, - углы деформационных изгибов несущей тонколистовой панели в различных временных стадиях ее динамического состояния (изгибно-колеблющегося состояния).

Заявляемая МВКС содержит несущую тонколистовую панель 1, смонтированную на ее поверхности, по крайней мере, одну армированную виброшумодемпфирующую прокладку 12, 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 12 превышает габаритные размеры вязкоэластичного слоя 3, образуя концевую несопряженную с поверхностью вязкоэластичного слоя часть 6, которая своей тыльной поверхностью закреплена на незадемпфированном участке поверхности несущей тонколистовой панели 1 с использованием промежуточного адгезионного слоя 4. Вязкоэластичный слой 3 армированной виброшумодемпфирующей прокладки 12 выполнен в виде обособленных плосколистовых фрагментов, разнесенных между собой с образованием соответствующих воздушных зазоров. Армированная виброшумодемпфирующая прокладка 12 может быть смонтирована в поднутрении несущей тонколистовой панели 1, глубина которого равна сумме толщин адгезионного монтажного слоя 2 и вязкоэластичного слоя 3. Тыльная поверхность концевой части 6 армирующего слоя 5 армированной виброшумодемпфирующей прокладки 12 может быть неподвижно закреплена на незадемпфированном участке поверхности несущей тонколистовой панели 1 с использованием сварного соединения 7, в том числе закреплена на негоризонтальной (изогнутой) поверхности несущей тонколистовой панели 1. Структура вязкоэластичного слоя 3 армированной виброшумодемпфирующей прокладки 12 может быть перфорирована отверстиями 9.

Структура несущей тонколистовой панели 1 МВКС может быть перфорирована сквозными отверстиями диаметром d_отв(пн), расположенными с межцентровым шагом b_отв(пн). Структура армирующего слоя 5 армированной виброшумодемпфирующей прокладки 12 может также содержать сквозные отверстия диаметром d_отв(ар), расположенные с межцентровым шагом b_отв(ар).

Возможны конструктивно-технологические варианты исполнения как поэлементного, так и совместного перфорирования структур армирующего 5 и вязкоэластичного 3 слоев, несущей тонколистовой панели 1 и вязкоэластичного слоя 3, при этом отверстия перфорации в двух взаимно сопрягаемых слоях выполняются несоосными относительно друг друга и их контуры не пересекают друг друга.

При приложении динамического вибрационного возбуждения к МВКС в составе несущей тонколистовой панели 1 и смонтированной на ее поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладки как составного корпусного (кузовного) элемента узла, механизма, системы, машины возникают ее изгибные деформации совместно с установленной на ее поверхности армированной виброшумодемпфирующей прокладкой 12. Одновременно с этим вследствие реализации различных величин динамических деформаций составных слоев структуры МВКС в вязкоэластичном слое 3 армированной виброшумодемпфирующей прокладки 12 происходят как динамические деформации «растяжения-сжатия», так и динамические сдвиговые деформации. Армирующий слой 5, закрепленный своей незадемпфированной частью с незадемпфированным участком несущей тонколистовой панели 1, обеспечивает усиление амплитуд сдвиговых деформаций вязкоэластичного слоя 3 за счет увеличения смещений структурных частиц вязкоэластичного слоя 3, примыкающих к поверхности армирующего слоя 5, относительно структурных частиц, примыкающих к поверхности несущей тонколистовой панели 1 за счет неподвижного концевого закрепления армирующего слоя 5 (деформируемый сопрягаемый вязкоэластичный слой 3 в этом случае неспособен свободно пространственно сдвигать армирующий слой 5 в силу его неподвижного концевого закрепления на несущей тонколистовой панели 1). При этом армирующий слой 5 выполняет в том числе и ужесточающую функцию и, деформируясь (динамически изгибаясь) на величины амплитуд колебаний, отличные от изгибных динамических деформаций несущей тонколистовой панели 1 (вследствие его пространственной удаленности от поверхности несущей тонколистовой панели 1 на величину равную толщине вязкоэластичного слоя 3), «динамически сдерживает» (дополнительно сжимает или растягивает) примыкающую к нему поверхность обособленных узкополосных прокладок вязкоэластичного слоя 3, сопрягаемую (через адгезионный промежуточный слой 4) с армирующим слоем 5. Этот процесс вызывает появление сопутствующих дополнительных сдвиговых динамических деформаций вязкоэластичного слоя 3 по толщине его структуры, характеризующихся величиной соответствующих усиленных динамических деформаций сдвига материала этого слоя. При динамических деформациях «рястяжения-сжатия» и динамических деформациях сдвига вязкоэластичного слоя 3, возникающих в армированной виброшумодемпфирующей прокладке 12, интенсифицируются процессы внутреннего трения материала в объеме его структуры, что существенно влияет на процессы необратимого рассеивания механической деформационной (вибрационной) энергии в теплоту, обеспечивая повышенное виброшумодемпфирование (реализуется эффективное необратимое преобразование вибрационной энергии в тепловую энергию).

При варианте изготовления армирующего слоя 5 армированной виброшумодемпфирующей прокладки 12 с превышением габаритных размеров вязкоэластичного слоя 3, выполненного в виде обособленных узкополосных прокладок, расположенных с воздушными зазорами, и образованием закрепленной на незадемпфированном участке поверхности несущей тонколистовой панели 1 концевой незадемпфированной части 6 армирующего слоя 5, несопряженной с поверхностью вязкоэластичного слоя 3, в существенной степени усиливается процесс динамических деформаций сдвига вязкоэластичного слоя 3. Указанное увеличение динамических сдвиговых деформаций складывается из величин усиления сдвиговых деформаций в зонах сопряжения армированной виброшумодемпфирующей прокладки 9 с несущей тонколистовой панелью 1 и из величин усиления динамических сдвиговых деформаций в зонах сопряжения обособленных узкополосных прокладок вязкоэластичного слоя 3 (через адгезионный промежуточный слой) с армирующим слоем 5. Протекание указанных динамических процессов характеризуется полным исключением относительного свободного продольного смещения вязкоэластичного слоя (относительно несущей тонколистовой панели) и уменьшением динамических деформаций защемленного армирующего слоя 5 армированной виброшумодемпфирующей прокладки 12. В конечном итоге относительно сопоставления с техническим решением, принятым в качестве прототипа, интенсифицируется механизм преобразования механической вибрационной энергии в необратимо рассеиваемую тепловую энергию, обеспечивая таким образом улучшение виброшумодемпфирующих свойств МВКС. При необходимости снижения удельного веса МВКС (по требованиям конкретного технического задания на разработку или по требованиям технических условий на изготовление) оно может быть достигнуто за счет частичного уменьшения толщины вязкоэластичного слоя 3 и/или армирующего слоя 5 и уменьшения площади покрытия несущей тонколистовой панели (площади демпфирования и, соответственно, количества вибродемпфирующего вещества), при соблюдении условия сохранения виброшумодемпфирующих характеристик на уровне прототипа.

Разумеется, представленное в описании техническое решение в виде заявки на изобретение не ограничивается 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 (далее МВКС). МВКС содержит несущую тонколистовую панель, смонтированную на ее поверхности, по крайней мере, одну армированную виброшумодемпфирующую прокладку, состоящую из вязкоэластичного слоя, армирующего слоя, адгезионного промежуточного слоя и адгезионного монтажного слоя. Армирующий слой с одной из сторон прокладки превышает габаритные размеры вязкоэластичного слоя, образуя концевую незадемпфированную, несопряженную с поверхностью вязкоэластичного слоя часть, тыльная поверхность которой неподвижно закреплена на поверхности несущей тонколистовой панели, вязкоэластичный слой армированной прокладки выполнен в виде обособленных узкополосных вязкоэластичных прокладок, разнесенных между собой с образованием соответствующих воздушных зазоров. Тыльная поверхность концевой незадемпфированной части армирующего слоя армированной прокладки может быть неподвижно закреплена на поверхности несущей тонколистовой панели с использованием адгезионного шва или сварного соединения. Изобретение позволяет улучшить виброшумодемпфирующие свойства при одновременном снижении удельного веса МВКС за счет усиления динамических деформационных сдвиговых процессов, протекающих в ее вязкоэластичном слое и обеспечивающих более эффективное необратимое преобразование механической работы деформаций в тепловую энергию. 4 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Модифицированная многослойная виброшумодемпфированная композитная структура, содержащая несущую тонколистовую панель, 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 с одной из сторон армированной виброшумодемпфирующей прокладки превышает габаритные размеры вязкоэластичного слоя, образуя концевую незадемпфированную, несопряженную с поверхностью вязкоэластичного слоя часть тыльной поверхности, которая неподвижно закреплена на поверхности несущей тонколистовой панели, а вязкоэластичный слой армированной виброшумодемпфирующей прокладки выполнен в виде обособленных узкополосных вязкоэластичных прокладок, разнесенных между собой с образованием воздушных зазоров.

2. Модифицированная многослойная виброшумодемпфированная композитная структура по п.1, отличающаяся тем, что поверхность концевой незадемпфированной части армирующего слоя армированной виброшумодемпфирующей прокладки неподвижно закреплена на поверхности несущей тонколистовой панели с использованием адгезионного соединения.

3. Модифицированная многослойная виброшумодемпфированная композитная структура по п.1, отличающаяся тем, что поверхность концевой незадемпфированной части армирующего слоя армированной виброшумодемпфирующей прокладки неподвижно закреплена на поверхности несущей тонколистовой панели с использованием сварного соединения.

4. Модифицированная многослойная виброшумодемпфированная композитная структура по п.1, отличающаяся тем, что структура вязкоэластичного слоя перфорирована сквозными отверстиями.

5. Модифицированная многослойная виброшумодемпфированная композитная структура по п.1, отличающаяся тем, что виброшумодемпфированная поверхность структуры несущей тонколистовой панели перфорирована сквозными отверстиями.