СЛОИСТАЯ ВИБРОШУМОДЕМПФИРОВАННАЯ ПАНЕЛЬ КАБИНЫ ВОДИТЕЛЯ И/ИЛИ ПАССАЖИРСКОГО ПОМЕЩЕНИЯ КУЗОВА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
LAMINAR ANTIVIBRATION PANEL OF DRIVER CABIN AND/OR CAR BODY PASSENGER ROOM

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к колесным транспортным средствам, например, легковым автомобилям, содержащим несущий кузов с силовыми каркасными элементами и формообразующими тонколистовыми панелями, облицованными (ламинированными) со стороны пространства пассажирского помещения плосколистовыми вибродемпфирующими покрытиями (обособленными плосколистовыми прокладками), шумопоглощающими и шумоизолирующими обивками (панелями), а также многофункциональными обивками (панелями), обладающими выраженными звукопоглощающими свойствами.
Формообразующие несущие тонколистовые панели кузова современных колесных транспортных средств (легкового автомобиля, автобуса, кабины грузового автомобиля), нагружаемые подводимым через твердые опорные связи виброактивных агрегатов и систем вибрационным возбуждением, являются интенсивными излучателями структурного шума, ухудшающими в конечном итоге акустический комфорт в пространстве их пассажирских помещений (кабины водителя). Для снижения структурного вибрационного возбуждения панелей кузова транспортных средств широко применяются различные ламинатные вибродемпфирующие покрытия, материалы которых обладают высоким внутренним трением, адгезионно монтируемые на поверхностях указанных панелей, как правило, в виде обособленных плосколистовых прокладок, с использованием дополнительного липкого клеевого или термоактивного слоя или путем их непосредственного приплавления (термоадгезии). Основа структур плосколистовых вибродемпфирующих прокладок состоит, как правило, из битумных смесей или полимерных композиций различного химического состава, с использованием разнообразных пластификаторов, наполнителей и связующих компонентов, придающих им те или иные механические (модуль Юнга, модуль потерь, коэффициент потерь, показатели пластичности и эластичности), технологические, эксплуатационные или другие технические характеристики.
При использовании в конструкциях автотранспортных средств описанных многослойных композитных структур кузова, содержащих в своем составе несущие кузовные панели и смонтированные на их поверхностях плосколистовые вибродемпфирующие покрытия, возникают актуальные проблемы снижения их удельного веса и повышения виброшумодемпфирующих свойств в расширенном диапазоне рабочих (эксплуатационных) температур, например, в диапазоне +20…+80°С. Помимо этого, весьма актуальной является задача улучшения адгезионных свойств монтируемых вибродемпфирующих покрытий в зонах их сопряжения с неплоскими встречными поверхностями вибрирующих зон несущих панелей кузова, повышения технологических свойств в отношении эффективного удаления различных веществ (грунта, краски, моющих средств) после процессов окраски и сушки кузова.
Известны различные технические решения, в которых в определенной степени решается комплексная проблема снижения удельного веса, увеличения виброшумодемпфирующих свойств слоистых композитных структур панелей кузова транспортных средств в широком температурном диапазоне.
В частности, известны технические решения, в которых структурный и химический состав материала вибродемпфирующих покрытий модифицируются различными веществами. В европейской заявке на изобретение №2006/077757, МПК С09К 3/00, опубликованной 27.07.2006, описана несущая композитная структура панелей кузова транспортного средства, на поверхностях которых смонтировано плосколистовое вибродемпфирующее покрытие. При этом вибродемпфирующее покрытие выполнено из вязкоэластичного материала с включением в его структуру инородных частиц, имеющих форму сфероидов, отличного по своим физико-механическим характеристикам от характеристик базового вязкоэластичного материала. Отношение длин осей таких сфероидных по форме частиц в продольном и поперечном направлении составляет не более 1. За счет использования такого вибродемпфирующего покрытия, монтируемого на поверхность несущих панелей кузова, согласно информации указанной заявки достигается настроенное повышение виброшумодемпфирующих свойств образуемой слоистой композитной структуры в весьма узком диапазоне изменения рабочих эксплуатационных температур (не более чем 20°С) при использовании одного типа и размера частиц или же получение более низких («компромиссно средних») виброшумодемпфирующих свойств, но уже в более широком диапазоне изменения температур - при смешанном варианте использования нескольких типов таких сфероидных частиц, отличающихся между собой геометрическими параметрами. Недостатком данного технического решения является вынужденное усложнение структурного состава и технологического процесса изготовления такого вибродемпфирующего покрытия, влекущее увеличение его стоимости и трудоемкости изготовления, вызванное необходимостью включения в технологический процесс производства дополнительных трудоемких операций по изготовлению сфероидных частиц различной конфигурации, обеспечения последующего точного дозирования и равномерного ориентированного распределения частиц по объему структуры материала, включая необходимость использования (приобретения) дополнительного сложного технологического оборудования.
Известна композитная слоистая структура панели кузова транспортного средства, описанная в патенте Японии на изобретение №63265934, МПК C08J 9/06, опубликованном 02.11.1988, содержащая в своем составе несущую тонколистовую панель и смонтированный на ее поверхности слой вязкоэластичного материала с введенными различными наполнителями и связующими веществами. При этом один из наполнителей при его нагревании обладает свойством объемного расширения, что позволяет увеличить толщину вибродемпфирующего покрытия 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 композитных структур панелей кузова транспортного средства. Недостатком данного технического решения является также трудность получения равномерного объемного распределения наполнителей и соблюдения заданного процентного соотношения наполнителей в объеме структуры материала вибродемпфирующего покрытия. Другим техническим недостатком является увеличение габаритной толщины покрытия (до 4 раз), что в большинстве случаев является критичным или неприемлемым по техническим возможностям ограничения компоновки в стесненном пространстве транспортных средств и неизбежными потерями свободного (полезного) объема пространства кабины или пассажирского помещения.
вд
8
2
Известны также более эффективные по своим вибродемпфирующим свойствам многослойные композитные структуры панелей кузова, 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 слоистого плосколистового вибродемпфирующего покрытия 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 структурные составы и практические примеры использования такого типа армированных вибродемпфирующих покрытий в составе слоистых композитных структур, монтируемых на поверхностях несущих тонколистовых панелей кузова автотранспортных средств, 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, опубликованном 27.02.2003) и других известных технических устройствах армированных вибродемпфирующих материалов. Использование в структурах плосколистовых вибродемпфирующих 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 слоистого композитного покрытия, увеличить суммарную (композитную) динамическую жесткость задемпфированных несущих панелей, обеспечив повышенные значения модуля потерь вязкоэластичного слоя, равного M=(0,1…1,0)·10 Н/м. Одновременно с этим введение внешнего армирующего слоя вибродемпфирующего покрытия, увеличивающего эффективность процесса виброшумодемпфирования, позволяет избежать недопустимого (нежелательного) утолщения вязкоэластичного слоя (прокладки в целом) при необходимости получения заданного более высокого эффекта виброшумодемпфирования панели при вариантах жестких габаритно-компоновочных ограничений в стесненных пространствах пассажирского помещения (кабины водителя), моторного отсека, багажного отделения, подднищевой зоны кузова.
Известно использование в конструкциях панелей кузова автотранспортных средств вибродемпфирующих покрытий повышенной эффективности, модифицированных сквозной или тупиковой перфорацией их составных слоев (вязкоэластичного, армирующего). В патентах РФ на изобретения №2333545 (МПК G10K 11/16, опубликованном 10.09.2008 г.) и №2351995 (МПК G10K 11/16, опубликованном 10.04.2009 г.) описаны такого типа структуры плосколистовых вибродемпфирующих покрытий, содержащих в своем составе перфорированный вязкоэластичный (и армирующий) слои. Использование указанного типа вибродемпфирующих покрытий в слоистых композитных конструкциях панелей кузова автотранспортных средств позволяет улучшать виброшумодемпфирующие свойства образуемых композитных структур в расширенном диапазоне рабочих температур +30…+80°С (меньшей чувствительности заданного техническими условиями эффекта виброшумодемпфирования от изменения рабочего температурного режима) при одновременном снижении удельного поверхностного веса вибродемпфирующего покрытия (до 25…40%). Этот эффект достигается путем усиления динамических деформационных сдвиговых процессов, протекающих в его «рабочем» вязкоэластичном демпфирующем слое, обеспечивающих более эффективное преобразование механической работы деформаций в тепловую энергию, необратимо рассеиваемую в процессе протекания таких динамических деформаций. При этом также может достигаться и некоторое улучшение технологических свойств такого типа вибродемпфирующих покрытий применительно к технологиям изготовления кузовов автотранспортных средств. В частности, может достигаться улучшение качества сопряжения плосколистовой вибродемпфирующей прокладки с встречной поверхностью демпфируемой тонколистовой панели кузова, в процессе температурной сушки кузова после его окраски, вследствие того, что улучшается процесс эвакуации различных жидкостей, используемых при изготовлении автотранспортного средства из зон сопряжения прокладок с панелями кузова (грунта, краски, моющих средств). Существенными недостатками указанных технических решений является необходимость применения сложного технологического оборудования для изготовления перфорированных структур вибродемпфирующих материалов. Также весьма сложным является предотвращение загрязнения и необходимость периодической очистки инструментальной оснастки, разделения технологических отходов на составные разнородные компоненты вязкоэластичного и армирующего веществ при производстве перфорированных армированных вибродемпфирующих материалов.
В качестве прототипа выбрана конструкция транспортного средства, описанная в патенте РФ на изобретение №2151708 (МПК В62D 25/08, В60R 13/08), опубликованном 27.06.2000. Транспортное средство содержит несущий кузов, вибрирующие тонколистовые металлические панели которого, в зонах пучностей (локализации зон максимальных амплитудных значений) низших резонансных собственных форм изгибных колебаний, облицованы вибродемпфирующими покрытиями, с образованием слоистых композитных структур, содержащими, как минимум один вязкоэластичный слой, армирующий слой из жесткого металлического материала и адгезионный (клеевой или термоадгезивный) монтажный слой. Недостатком технического решения, направленного на улучшение виброакустических свойств транспортного средства, выбранного в качестве прототипа, является недостаточная степень демпфирования динамических изгибных колебаний панелей кузова транспортного средства, вызывающих процессы генерирования ими структурного шума, распространяющегося в пространство его пассажирского помещения (кабины водителя).
Техническая задача, решаемая заявляемым техническим решением, заключается в повышении степени виброшумодемпфирования слоистых композитных структур панелей кузова транспортного средства, обеспечиваемых в более широком диапазоне рабочих эксплуатационных температур, при одновременном снижении их удельного веса и стоимости, путем создания условий для более эффективного преобразования механической работы деформаций в тепловую энергию, а также сопутствующего улучшения технологических свойств и повышения качества лакокрасочного покрытия панелей кузова.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что известная конструкция кабины водителя и/или пассажирского помещения транспортного средства с несущим типом кузова, содержащая силовые каркасные элементы и формообразующие тонколистовые панели кузова, покрытые вибродемпфирующими плосколистовыми ламинатными прокладками, смонтированными в зонах пучностей низших резонансных собственных форм изгибных колебаний панелей, формообразующих тонколистовые кузовные панели, перфорированы сквозными отверстиями в поверхностных зонах последующего монтажа вибродемпфирующих покрытий (полностью перекрывающих отверстия перфорации). При этом отверстия перфорации панелей кузова выполняются с определенным эффективным соотношением межцентровых расстояний, габаритных размеров отверстий и коэффициентов перфорации панелей.
Технологическому процессу перфорирования с последующим вибродемпфированием перфорированных участков панелей кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства, как правило, не подвергаются лицевые кузовные панели (крыши, боковых дверей, боковин, капота, крышки багажника, крыльев и т.п.), к тому же и не являющиеся доминирующими источниками структурного шума в пассажирском помещении (кабине водителя) и в связи с этим, по сути, не нуждающиеся в эффективном виброшумодемпфировании. С другой стороны, перфорирование перечисленных выше кузовных панелей нежелательно ни с точки зрения обеспечения (сохранения) их прямых функциональных свойств, ни с точки зрения эстетических (дизайнерских) и технологических свойств изготовления кузова.
Многослойные композитные структуры кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства содержат в своем составе перфорированную тонколистовую металлическую или полимерную панель кузова и адгезионно смонтированное на ее поверхности, преимущественно в зонах пучностей низших резонансных собственных форм изгибных колебаний, вибродемпфирующее покрытие в виде плосколистовой прокладки (прокладок) заданной геометрической формы (преимущественно прямоугольной). При этом структура вибродемпфирующего покрытия панели кузова может быть как однослойной, так и многослойной и содержать в своем составе как исключительно вязкоэластичный слой, так и вязкоэластичный слой в сочетании с внешним армирующим слоем. В состав вибродемпфирующих покрытий может входить также адгезионный монтажный или адгезионный промежуточный слои.
Вязкоэластичный слой виброшумодемпфирующего покрытия может быть изготовлен из той или иной известной композиционной смеси веществ материалов 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 вибродемпфирующих покрытий.
вд
9
2
Армирующий слой вибродемпфирующего покрытия может быть представлен как металлической фольгой, например алюминиевой, стальной, так и другими металлическими или неметаллическими «жесткими» на изгиб тонколистовыми материалами, имеющими модуль Юнга Е≥60×10 Н/м.
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.
Отверстия перфорации, выполняемые в структурах формообразующих несущих панелей кузова, согласно заявляемому техническому решению по технологическим соображениям, как правило, выполняются круглой геометрической формы. Однако они могут иметь и другую геометрическую форму, например квадратную, треугольную, в виде отогнутых прямоугольных просечек и т.д.
Сравнение анализируемой научно-технической 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 заявляемая структура слоистой виброшумодемпфированной панели кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый положительный технический результат, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим известным 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 слоистой композитной структуры в составе фрагментной зоны перфорированной несущей панели кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (в данном случае легкового автомобиля) с адгезионно смонтированной на ее поверхности плосколистовой однослойной виброшумодемпфирующей прокладкой;
- на фиг.2 представлена схема слоистой композитной структуры в составе фрагментной зоны перфорированной несущей панели кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (в данном случае легкового автомобиля) с адгезионно смонтированной на ее поверхности плосколистовой двухслойной армированной виброшумодемпфирующей прокладкой;
- на фиг.3 представлена схема слоистой композитной структуры в составе фрагментной зоны перфорированной несущей панели кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (в данном случае легкового автомобиля) с адгезионно смонтированной на ее поверхности плосколистовой однослойной виброшумодемпфирующей прокладкой с термоприплавленным (осуществляемым в процессе технологической операции сушки кузова после его окраски и мойки) вязкоэластичным слоем, заполняющим образованные полости отверстий перфорации панели кузова;
- на фиг.4 представлена схема слоистой композитной структуры фрагментной зоны перфорированной панели кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (легкового автомобиля) с адгезионно смонтированной на ее поверхности плосколистовой двухслойной армированной виброшумодемпфирующей прокладкой с термоприплавленным (в процессе технологической операции сушки после окраски или мойки кузова) вязкоэластичным слоем, заполняющим образованные полости отверстий перфорации панели кузова;
- на фиг.5 представлена схема слоистой композитной структуры фрагментной зоны перфорированной панели кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (легкового автомобиля) с адгезионно смонтированной на ее поверхности плосколистовой однослойной виброшумодемпфирующей прокладкой с термоприплавленным (в процессе технологической операции сушки кузова) вязкоэластичным слоем, частично (на 40…60%) заполняющим полости отверстий перфорации панели кузова;
- на фиг.6 представлена схема слоистой композитной структуры фрагментной зоны перфорированной панели кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (легкового автомобиля) с адгезионно смонтированной на ее поверхности плосколистовой двухслойной армированной виброшумодемпфирующей прокладкой с термоприплавленным (в процессе технологической операции сушки кузова) вязкоэластичным слоем, частично (на 40…60%) заполняющим полости отверстий перфорации панели кузова;
- на фиг.7 представлена схема слоистой композитной структуры фрагментной зоны перфорированной панели кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (легкового автомобиля) с адгезионно смонтированной на ее поверхности плосколистовой двухслойной армированной виброшумодемпфирующей прокладкой с термоприплавленным (в процессе технологической операции сушки кузова) вязкоэластичным слоем, частично (на 40…60%) заполняющим полости отверстий перфорации панели кузова, при этом используется структура вибродемпфирующей прокладки, с перфорированным сквозными отверстиями армирующим слоем;
- на фиг.8 представлена схема образованных фрагментов слоистых композитных структур панели щитка передка, арок передних колес, переднего пола и передней части тоннеля пола, содержащих в локальных поверхностных зонах виброшумодемпфирующие прокладки, адгезионно смонтированные на поверхностях перфорированных участков отмеченных кузовных панелей, с полным взаимным перекрытием отверстий перфорации;
- на фиг.9 представлена схема образованных фрагментов слоистых композитных структур панелей среднего пола, задней части тоннеля пола, пола под задним сидением, пола багажного отделения, арок задних колес, содержащих в локальных поверхностных зонах виброшумодемпфирующие прокладки, адгезионно смонтированные на поверхностях перфорированных участков отмеченных кузовных панелей, с полным взаимным перекрытием отверстий перфорации;
- на фиг.10 представлена схема образованных фрагментов слоистых композитных структур панелей среднего пола, арок задних колес, пола багажного отделения кузова грузопассажирского легкового автомобиля, содержащих в локальных поверхностных зонах виброшумодемпфирующие прокладки, адгезионно смонтированные на поверхностях перфорированных участков отмеченных кузовных панелей, с полным взаимным перекрытием отверстий перфорации;
- на фиг.11 представлены схемы и некоторые технические характеристики слоистых композитных структур фрагментной зоны перфорированной панели кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (легкового автомобиля) следующего структурного состава:
(а) - стальная несущая панель кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (легкового автомобиля) толщиной 1 мм с адгезионно смонтированной на ее поверхности плосколистовой однослойной виброшумодемпфирующей прокладкой из материала типа ISO-7;
пер(вз)
(б) - стальная несущая панель кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (легкового автомобиля) толщиной 1 мм с адгезионно смонтированной на ее поверхности перфорированной (k=0,15) сквозными отверстиями плосколистовой однослойной виброшумодемпфирующей прокладкой из материала типа ISO-7;
пер(пн)
(в) - перфорированная (k=0,25) стальная несущая панель кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (легкового автомобиля) толщиной 1 мм с адгезионно смонтированной на ее поверхности неперфорированной плосколистовой однослойной виброшумодемпфирующей прокладкой из материала типа ISO-3;
2
- на фиг.12 представлена функциональная зависимость приведенного композитного коэффициента потерь слоистой композитной структуры, содержащей в своем составе перфорированную круглыми сквозными отверстиями (диаметром 6 мм, с межцентровым шагом 12…30 мм) несущую металлическую панель (толщиной 1 мм) и адгезионно смонтированный на ее поверхности образец плосколистового виброшумодемпфирующего материала типа ISO-7 (толщиной 3,5 мм, удельным поверхностным весом 7,0 кг/м, производства ЗАО НПП «Тэкникал Консалтинг», г.Тольятти), от коэффициента перфорации несущей металлической панели, при различных температурных режимах испытаний (+20°С, +40°С);
2
- на фиг.13 представлена зависимость приведенного композитного коэффициента потерь слоистой композитной структуры, содержащей в своем составе перфорированную круглыми сквозными отверстиями (диаметром 6 мм, с межцентровым шагом 12…30 мм) несущую металлическую панель (толщиной 1 мм) и адгезионно смонтированный на ее поверхности образец плосколистового армированного виброшумодемпфирующего материала типа DF-5AL (толщиной 2,5 мм, удельным поверхностным весом 5,0 кг/м, производства ЗАО НПП «Тэкникал Консалтинг», г.Тольятти), от коэффициента перфорации несущей металлической панели, при различных температурных режимах испытаний (+20°С, +40°С, +60°С, +80°С);
- на фиг.14 представлена функциональная зависимость приведенного композитного коэффициента потерь от температурного режима испытаний (+20°С, +40°С) для слоистых композитных структур следующих составов:
2
а) неперфорированная (сплошная) несущая металлическая панель (толщиной 1 мм) с адгезионно смонтированным на ее поверхности образцом плосколистового виброшумодемпфирующего материала типа ISO-7 (толщиной 3,5 мм, удельным поверхностным весом 7,0 кг/м, производства ЗАО НПП «Тэкникал Консалтинг», г.Тольятти), см. кривую А;
2
б) неперфорированная (сплошная) несущая металлическая панель (толщиной 0,8 мм) с адгезионно смонтированным на ее поверхности образцом плосколистового виброшумодемпфирующего материала типа ISO-7 (толщиной 3,5 мм, удельным поверхностным весом 7,0 кг/м, производства ЗАО НПП «Тэкникал Консалтинг», г.Тольятти), см. кривую Б;
пер(пн)
2
в) перфорированная (k=0,2) круглыми сквозными отверстиями (диаметром 6 мм) несущая металлическая панель (толщиной 1 мм) с адгезионно смонтированным на ее поверхности образцом плосколистового вибродемпфирующего материала типа ISO-7 (толщиной 3,5 мм, удельным поверхностным весом 7,0 кг/м, производства ЗАО НПП «Тэкникал Консалтинг», г.Тольятти), см. кривую В;
- на фиг.15 представлена функциональная зависимость приведенного композитного коэффициента потерь от температурного режима испытаний (+20°С, +40°С, +60°С, +80°С) для слоистых композитных структур следующих составов:
2
а) неперфорированная (сплошная) несущая металлическая панель (толщиной 1 мм) с адгезионно смонтированным на ее поверхности образцом плосколистового виброшумодемпфирующего материала типа DF-5AL (толщиной 2,5 мм, удельным поверхностным весом 5,0 кг/м, производства ЗАО НПП «Тэкникал Консалтинг», г.Тольятти), см. кривую Е;
2
б) неперфорированная (сплошная) несущая металлическая панель (толщиной 0,8 мм) с адгезионно смонтированным на ее поверхности образцом плосколистового виброшумодемпфирующего материала типа DF-5AL (толщиной 2,5 мм, удельным поверхностным весом 5,0 кг/м, производства ЗАО НПП «Тэкникал Консалтинг», г.Тольятти), см. кривую Ж;
пер(пн)
2
в) перфорированная (k=0,2) круглыми сквозными отверстиями (диаметром 6 мм) несущая металлическая панель (толщиной 1 мм) и адгезионно смонтированный на ее поверхности образец плосколистового вибродемпфирующего материала типа DF-5AL (толщиной 2,5 мм, удельным поверхностным весом 5,0 кг/м, производства ЗАО НПП «Тэкникал Консалтинг», г.Тольятти), см. кривую З;
пер(пн)
- на фиг.16 представлена зависимость передаточной функции «сила-вибрация» для исследованных вариантов неперфорированной (монолитной сплошной, кривая И) и перфорированной, с коэффициентом перфорации k=0,01 (кривая К) круглыми сквозными отверстиями (диаметром 6 мм), несущей металлической панели (толщиной 1 мм), от частоты ее механических (изгибных) колебаний;
пер(пн)
- на фиг.17 представлена зависимость передаточной функции «сила-вибрация» для исследованных вариантов неперфорированной (монолитной сплошной, кривая И) и перфорированной, с коэффициентом перфорации k=0,05 (кривая Л), круглыми сквозными отверстиями (диаметром 6 мм) несущей металлической панели (толщиной 1 мм) от частоты ее механических (изгибных) колебаний;
пер(пн)
2
- на фиг.18 представлена зависимость передаточной функции «сила-вибрация» слоистой композитной структуры, содержащей в своем составе исследованные варианты неперфорированной (монолитной сплошной, кривая М) и перфорированной, с коэффициентом перфорации k=0,01 (кривая Н), круглыми сквозными отверстиями (диаметром 6 мм) несущей металлической панели (толщиной 1 мм) с адгезионно смонтированным на ее поверхности образцом сплошного неперфорированного плосколистового виброшумодемпфирующего материала типа ISO-7 (толщиной слоя 3,5 мм, удельным поверхностным весом 7,0 кг/м, производства ЗАО НПП «Тэкникал Консалтинг», г.Тольятти) от частоты ее механических (изгибных) колебаний;
пер(пн)
2
- на фиг.19 представлена зависимость передаточной функции «сила-вибрация» слоистой композитной структуры, содержащей в своем составе исследованные варианты неперфорированной (монолитной сплошной, кривая М) и перфорированной, с коэффициентом перфорации k=0,05 (кривая О), круглыми сквозными отверстиями (диаметром 6 мм) несущей металлической панели (толщиной 1 мм) с адгезионно смонтированным на ее поверхности образцом сплошного неперфорированного плосколистового виброшумодемпфирующего материала типа ISO-7 (толщиной слоя 3,5 мм, удельным поверхностным весом 7,0 кг/м, производства ЗАО НПП «Тэкникал Консалтинг», г.Тольятти) от частоты ее механических (изгибных) колебаний;
пер(пн)
2
- на фиг.20 представлена зависимость передаточной функции «сила-вибрация» структур, содержащих в своем составе исследованные варианты неперфорированной (сплошной) несущей металлической панели (толщиной 1 мм) без смонтированного образца виброшумодемпфирующего материала (кривая И), и перфорированной с коэффициентом перфорации k=0,01 круглыми сквозными отверстиями (диаметром 6 мм) несущей металлической панели (толщиной 1 мм) с адгезионно смонтированным на ее поверхности образцом сплошного неперфорированного плосколистового виброшумодемпфирующего материала типа ISO-7 (толщиной слоя 3,5 мм, удельным поверхностным весом 7,0 кг/м, производства ЗАО НПП «Тэкникал Консалтинг», г.Тольятти) от частоты ее механических (изгибных) колебаний (см. кривую Н);
пер(пн)
2
- на фиг.21 представлена зависимость передаточной функции «сила-вибрация» структур, содержащих в своем составе исследованные варианты неперфорированной (сплошной) несущей металлической панели (толщиной 1 мм) без смонтированного образца виброшумодемпфирующего материала (кривая И), и перфорированной с коэффициентом перфорации k=0,05 круглыми сквозными отверстиями (диаметром 6 мм) несущей металлической панели (толщиной 1 мм) с адгезионно смонтированным на ее поверхности образцом сплошного неперфорированного плосколистового виброшумодемпфирующего материала типа ISO-7 (толщиной слоя 3,5 мм, удельным поверхностным весом 7,0 кг/м, производства ЗАО НПП «Тэкникал Консалтинг», г.Тольятти) от частоты ее механических (изгибных) колебаний (см. кривую О);
пер(пн)
2
- на фиг.22 представлена зависимость передаточной функции «сила-шум» структуры, содержащей в своем составе варианты неперфорированной (сплошной) металлической панели (толщиной 1 мм) без смонтированного на ее поверхности виброшумодемпфирующего материала (кривая И), и перфорированной с коэффициентом перфорации k=0,01 круглыми сквозными отверстиями (диаметром 6 мм) металлической панели (толщиной 1 мм) со смонтированным на ее поверхности образцом сплошного неперфорированного плосколистового виброшумодемпфирующего материала типа ISO-7 (толщиной 3,5 мм, удельным поверхностным весом 7,0 кг/м, производства ЗАО НПП «Тэкникал Консалтинг», г.Тольятти), от частоты колебаний панели (см. кривую Н);
пер(пн)
2
- на фиг.23 представлена зависимость передаточной функции «сила-шум» структуры, содержащей в своем составе варианты неперфорированной (сплошной) металлической панели (толщиной 1 мм) без смонтированного на ее поверхности виброшумодемпфирующего материала (кривая И), и перфорированной с коэффициентом перфорации k=0,05 круглыми сквозными отверстиями (диаметром 6 мм) металлической панели (толщиной 1 мм) со смонтированным на ее поверхности образцом сплошного неперфорированного плосколистового вибродемпфирующего материала типа ISO-7 (толщиной 3,5 мм, удельным поверхностным весом 7,0 кг/м, производства ЗАО НПП «Тэкникал Консалтинг», г.Тольятти) от частоты колебаний панели (см. кривую О).
На приведенных фигурах 1-11 использованы следующие цифровые и буквенные обозначения:
1 - металлическая (полимерная) несущая панель кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства;
2 - отверстия перфорации панели (зоны панели) кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства;
3 - вязкоэластичный слой плосколистового виброшумодемпфирующего покрытия;
4 - монтажный адгезионный слой виброшумодемпфирующего покрытия;
5 - армирующий слой виброшумодемпфирующего покрытия;
6 - промежуточный адгезионный слой армированного виброшумодемпфирующего покрытия;
7 - отверстия перфорации армирующего слоя виброшумодемпфирующего покрытия;
8 - панель щитка передка кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (легкового автомобиля);
9 - панели арок передних колес кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (легкового автомобиля);
10 - панели переднего пола кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (легкового автомобиля);
11 - панели передней части тоннеля пола кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (легкового автомобиля);
12 - плосколистовые виброшумодемпфирующие прокладки;
13 - задняя часть тоннеля пола кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (легкового автомобиля);
14 - панели среднего пола кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (легкового автомобиля);
15 - вертикальная панель пола кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (легкового автомобиля) перед задним сидением;
16 - панель пола кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (легкового автомобиля) под задним сидением;
17 - панели пола багажного отделения кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (легкового автомобиля);
18 - панели арок задних колес кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (легкового автомобиля);
19 - вертикальная панель среднего пола кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (грузопассажирского легкового автомобиля);
20 - горизонтальная панель среднего пола кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства (грузопассажирского легкового автомобиля);
пн
h - толщина несущей кузовной панели;
вз
h - толщина вязкоэластичного слоя виброшумодемпфирующего покрытия;
ар
h - толщина армирующего слоя виброшумодемпфирующего покрытия;
отв(пн)
d - диаметр отверстий перфорации несущей панели;
отв(вз)
d - диаметр отверстий перфорации вязкоэластичного слоя виброшумодемпфирующего покрытия;
отв(ap)
d - диаметр отверстий перфорации армирующего слоя виброшумодемпфирующего покрытия;
отв(пн)
b - межцентровой шаг отверстий перфорации несущей панели;
отв(вз)
b - межцентровой шаг отверстий перфорации вязкоэластичного слоя виброшумодемпфирующего покрытия;
отв(ар)
b - межцентровой шаг отверстий перфорации армирующего слоя виброшумодемпфирующего покрытия;
уд(комп)
2
m - удельный поверхностный вес слоистой композитной структуры, содержащей в своем составе тонколистовую несущую панель кузова и адгезионно смонтированный на ее поверхности образец виброшумодемпфирующего материала, кг/м;
кп
η - приведенный композитный коэффициент потерь исследуемой слоистой композитной структуры, усл.ед.;
ΔТ - температурный диапазон эффективного виброшумодемпфирования;
пер(пн)
k - коэффициент перфорации несущей тонколистовой панели;
пер(вз)
k - коэффициент перфорации вязкоэластичного слоя виброшумодемпфирующего покрытия.
В тексте описания заявки использованы следующие понятия (технические термины).
Перфорированные отверстия (отверстия перфорации) - несколько (не менее двух) отверстий заданной идентичной геометрической формы и площади, расположенные друг относительно друга и/или относительно другого конструктивного элемента детали (узла) на заданном расстоянии. Перфорация - от латинского perforate - пробиваю, прокалываю - технологический процесс выполнения отверстий заданных размеров, расположенных соответствующим образом в структуре изготавливаемой детали (узла).
вд
вд
9
2
Материал вибродемпфирующий, жесткий - тип вибродемпфирующего материала (как правило, плосколистовой), модуль упругости Е которого превышает граничную величину E≥0,3×10 Н/м. Динамические деформации жестких вибродемпфирующих материалов, вызывающие эффект виброшумодемпфирования, характеризуются преимущественным характером растяжения (сжатия) в направлении плоскости ламинатного покрытия, адгезионно смонтированного на вибрирующей тонколистовой панели.
вд(вз)
вд(ар)
9
2
9
2
Материал вибродемпфирующий, армированный - тип вибродемпфирующего материала (как правило, плосколистового), содержащий нижний «рабочий» вязкоэластичный слой и внешний ужесточающий армирующий слой (как правило, фольгированный металлический). Модуль упругости «рабочего» вязкоэластичного слоя в армированных вибродемпфирующих материалах составляет Е=0,01…0,5×10 Н/м, а модуль упругости армирующего слоя Е≥60×10 Н/м. При динамических деформациях структуры армированных вибродемпфирующих материалов возникающие диссипативные потери колебательной энергии формируются преимущественно сдвиговыми деформациями вязкоэластичного слоя.
Жесткость - способность тела или конструкции детали (узла) сопротивляться образованию деформации. При простых деформациях, в пределах действия закона Гука, жесткость определяется как произведение модуля упругости на ту или иную геометрическую характеристику поперечного сечения элемента (площадь сечения при деформациях растяжения-сжатия и сдвига, осевой момент инерции - при изгибе и т.д.). Оценивается параметрами - коэффициент жесткости и коэффициент упругости.
Жесткость динамическая - отношение амплитуды гармонической вынуждающей силы к комплексной амплитуде перемещения при гармонической вынужденной вибрации линейной системы.
Релаксация - процесс постепенного перехода термодинамической системы из неравновесного состояния, вызванного внешними воздействиями, в равновесное, т.е. состояние, не изменяющееся во времени и не сопровождающееся преобразованием энергии.
Модуль упругости - параметр, характеризующий отношение нормального напряжения к вызванной им относительной упругой деформации. Различают модуль упругости при осевом нагружении «растяжении-сжатии» (модуль Юнга), при сдвиге (модуль сдвига), при всестороннем сжатии (модуль объемной упругости).
Коэффициент потерь - характеристика диссипативных свойств колебательной системы (образца материала), определяемая как отношение вибрационной энергии, рассеянный за один период колебаний ко всей потенциальной энергии, накопленной в системе (образце материала).
Коэффициент потерь композитный - коэффициент потерь структуры, составленной из образца несущей структуры конструкционного материала (например, плоской стальной пластины заданного габаритного размера) и смонтированной на ней образцом (слоем) исследуемого вибродемпфирующего материала.
Коэффициент потерь приведенный - коэффициент потерь образца материала (коэффициент внутренних потерь, композитный коэффициент потерь), определенный по значениям величин на нескольких резонансных частотах колебаний (динамических откликах) образца в диапазоне до 400 Гц, с последующим приведением этих значений к одной (опорной) частоте, равной 200 Гц (см. DIN EN ISO 6721).
Коэффициент перфорации - отношение суммарной площади отверстий (перфорации) к общей площади лицевой поверхности, на которой была проведена процедура перфорирования (до момента ее перфорирования).
Функция передаточная «сила-вибрация» - отношение уровней виброускорений, замеренных на поверхности структуры исследуемого объекта, к подводимой к объекту возбуждающей силе, замеренной на возбуждающем штоке динамического вибратора.
отв(пн)
вз
отв(пн)
отв(пн)
Заявляемая структура слоистой композитной панели кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства, преимущественно легкового автомобиля, содержащего виброшумоактивный несущий кузов, преимущественно в зонах пучностей низших резонансных собственных форм изгибных колебаний тонколистовых панелей которого смонтированы обособленные плосколистовые виброшумодемпфирующие прокладки 12, с применением адгезионного вещества липкого клеевого или термоактивного слоя 4. При этом не менее чем одна панель кузова 1 в заданной локальной поверхностной зоне расположения, с адгезионным сопряжением не менее чем одной плосколистовой виброшумодемпфирующей прокладки 12, перфорирована соответствующими отверстиями 2 диаметром d=(0,5…6,0)×h, расположенными с межцентровым шагом b=(2,0…20,0)×d, а коэффициент перфорации указанной панели кузова 1 находится в диапазоне
вз
пер
пр
где h - толщина вязкоэластичного слоя виброшумодемпфирующей прокладки 12; S - суммарная площадь проекции отверстий перфорации 2 на плоскость поверхности панели кузова 1, отсекаемой плоскостями, касательными к периферическим зонам отверстий перфорации 2; S - площадь лицевой поверхности виброшумодемпфирующей прокладки 12.
пер(пн)
пер(пн)
Принимаемая нижняя граница эффективного диапазона изменения коэффициента перфорации несущих панелей кузова, обеспечивающего в составе слоистой композитной структуры приемлемый эффект виброшумодемпфирования несущей кузовной панели, обусловлена тем, что при k<0,05, не достигается заданного (более 0,05) повышения значений приведенного композитного коэффициента потерь исследуемой слоистой композитной структуры панелей кузова в диапазоне рабочих эксплуатационных температур +20…+80°С. Ограничение верхнего значения заявляемого диапазона изменения коэффициента перфорации исследуемой структуры панелей кузова k=0,25 обусловлено преимущественно необходимостью обеспечения заданных (достаточных) прочностных и жесткостных эксплуатационных характеристик кузова транспортного средства в отношении его долговечности и безопасности.
отв
вз
отв(пн)
отв
-6
В случае выполнения отверстий перфорации 2 в структурах несущих панелей 1 кузова некруглой геометрической формы, площадь проекции одного отверстия выбирается равной S=(0,7…1,2)×10×h, а межцентровой шаг отверстий перфорации b=(0,5…10)×S.
отв(пн)
отв(пн)
отв(пн)
Отверстия перфорации 2 в структурах панелей 1 кузова могут быть расположены как равномерно (с постоянным шагом b), так и неравномерно распределены по локальной поверхностной зоне, с заданным переменным значением межцентрового шага, например, увеличивающимся от центральной зоны участка перфорирования к ее периферической части, выбранным в диапазоне b=(2,0…20,0)×d, а также иметь различные габаритные размеры.
При монтаже виброшумодемпфирующего покрытия (в виде обособленных плосколистовых виброшумодемпфирующих прокладок) 12 на поверхность несущей панели 1 кузова виброшумодемпфирующее вещество его вязкоэластичного слоя 3 частично или полностью может заполнять полости отверстий перфорации 2, выполненные в структуре несущей панели 1 кузова. Виброшумодемпфирующее покрытие (плосколистовые вибродемпфирующие прокладки) 12 панели 1 кузова может содержать в своем структурном составе перфорированные вязкоэластичный, армирующий и адгезионные (промежуточный и/или монтажный) слои. При этом в процессе их адгезионного сопряжения не должны образовываться сквозные (неперекрываемые сопрягаемыми слоями вибродемпфирующей прокладки и несущей кузовной панели) каналы, т.е. образованная слоистая композитная структура должна обладать свойством герметичного кузовного элемента.
При приложении динамического вибрационного возбуждения к демпфируемой тонколистовой панели 1 кузова возникают ее механические колебания в виде изгибных деформаций совместно с установленным (адгезионно смонтированным) на ее поверхности виброшумодемпфирующим покрытием 12. Одновременно с этим, вследствие различных величин динамических деформаций составных слоев, в вязкоэластичном слое 3 вибродемпфирующего покрытия 12 происходят как его динамические деформации «растяжения-сжатия», так и динамические сдвиговые деформации. При наличии армирующего слоя 5 в составе армированного виброшумодемпфирующего покрытия, адгезионно смонтированного на поверхности несущей кузовной панели, выполняющего в том числе и определенную ужесточающую функцию, деформирующегося на величины амплитуд колебаний, отличные от динамических деформаций (изгибов) несущей панели кузова, вследствие его пространственной удаленности от поверхности вибрирующей панели на величину, равную толщине вязкоэластичного слоя, этот колебательный процесс «динамически сдерживает» (дополнительно сжимает или растягивает) примыкающую к нему поверхность вязкоэластичного слоя 3, сопрягаемую (через адгезионный промежуточный слой 6) с армирующим слоем 5. В свою очередь, это вызывает появление сопутствующих дополнительных сдвиговых динамических деформаций вязкоэластичного слоя 3 по толщине его структуры, характеризующихся величиной соответствующих приращений динамических деформаций сдвига материала вязкоэластичного слоя 3. При одновременно протекающих процессах динамических деформаций «рястяжения-сжатия» и динамических деформаций «сдвига» вязкоэластичного слоя 3 происходят физические релаксационные процессы внутреннего трения вязкоэластичного вещества в объеме его структуры, что существенно интенсифицирует процесс необратимого рассеивания механической деформационной (вибрационной) энергии в теплоту, обеспечивая в той или иной степени виброшумодемпфирование, т.е. преобразование вибрационной энергии в тепловую энергию.
пер(пн)
пер(пн)
пер(пн)
При заявленном техническом варианте выполнения перфорированной структуры несущей кузовной панели (панели кабины водителя и/или пассажирского помещения кузова транспортного средства) 1 в составе с сопрягаемым слоем плосколистового неперфорированного виброшумодемпфирующего покрытия 12 (плосколистовой вибродемпфирующей прокладки) и образующейся при этом слоистой композитной структуры, как следует из результатов проведенных экспериментальных исследований, в диапазоне изменения рабочих эксплуатационных температур +20…+80°С усиливается процесс динамических деформаций сдвига вязкоэластичного слоя 3. При этом, с одной стороны, данное увеличение величин динамических сдвиговых деформаций вызвано снижением динамической жесткости (увеличением динамической податливости) панелей 1 кузова в локализированных зонах монтажа вибродемпфирующих покрытий 12, что влечет соответствующее увеличение амплитуд динамических деформаций в структуре вязкоэластичного слоя и рост диссипативных потерь в образованной слоистой композитной структуре. При относительно малых значениях величин коэффициента перфорации (k<0,05) несущей формообразующей панели 1 кузова происходит, по сути, сохранение исходных (недостаточно высоких) виброшумодемпфирующих свойств образованной слоистой композитной структуры (относительно варианта неперфорированной панели 1 кузова) вследствие незначительного снижения ее изгибной жесткости с несущественным локальным усилением амплитуд динамических деформаций такой композитной структуры. При значениях величин коэффициента перфорации k>0,25 происходит уже существенное неприемлемое снижение изгибной жесткости демпфируемых панелей 1 кузова, что может оказывать негативное влияние на прочностные, безопасностные и долговечностные характеристики кузова транспортного средства. Необходимо отметить, что в заявляемом диапазоне коэффициента перфорации структур панелей 1 кузова k=0,05…0,25 происходит улучшение их виброакустических характеристик в широком диапазоне эксплуатационных температур +20…+80°С, а также обеспечивается снижение удельного веса панелей 1 кузова транспортного средства (до 25% - в локализированных зонах расположения вибродемпфирующих покрытий) и снижение массы используемого вязкоэластичного вещества вибродемпфирующего покрытия вследствие образуемого более эффективного механизма виброшумодемпфирования такого типа перфорированной панели кузова в составе слоистой композитной структуры, в сравнении с вариантом сплошной панели кузова. Достижение более высоких значений приведенного композитного коэффициента потерь в заявляемых слоистых композитных вибродемпфированных структурах в составе перфорированных несущих кузовных панелей (в том числе и в сравнении с прототипом, когда в состав слоеных композитных структур входит перфорированное вибродемпфирующее покрытие, адгезионно сопряженное со сплошной монолитной несущей панелью), позволяет использовать более тонкие вибродемпфирующие покрытия, что благоприятно в отношении достижения улучшенных весогабаритных показателей, а также в ряде случаев позволяет применять более дешевые, обладающие меньшей вибродемпфирующей эффективностью вещества вязкоэластичного слоя, избегать неоправданного применения удорожающего вибродемпфирующее покрытие армирующего слоя. С другой стороны, это позволяет попутно улучшать качество производимых в процессах изготовления транспортных средств (легковых автомобилей) лакокрасочных покрытий их кузовов, вследствие образуемого дополнительного эффективного отвода избыточного количества моющих и красящих веществ с поверхностей панелей, свободно стекающих через перфорированные зоны кузовных панелей в технологических процессах окраски кузова транспортного средства. Попутно с вышеотмеченными положительными техническими эффектами перфорирование отдельных локализированных зон панелей кузова улучшает технологические процессы окраски, мойки и сушки кузова путем более эффективного выполнения дренажа (перетекания, удаления) различных веществ (грунта, краски, моющих средств) из полостей кузова. В частности, исключается возможное образование пузырчатых вздутий вязкоэластичного слоя 3 виброшумодемпфирующих покрытий 12 в составе слоистых композитных структур в процессе технологической сушки кузова, что обеспечивает более качественную адгезию вязкоэластичного слоя 3 по всей поверхности прилегания (сопряжения) с встречной поверхностью виброшумоактивной панели 1 кузова, что, таким образом, дополнительно улучшает (обеспечивает стабильность) эффективность виброшумодемпфирования.
При вариантах частичного или полного заполнения полостей отверстий перфорации 2 локализированных зон панелей 1 кузова вибродемпфирующим веществом вязкоэластичного слоя 3, наряду с повышением эффекта виброшумодемпфирования, реализуются эффекты увеличения полезного пространства пассажирского помещения (кабины водителя) транспортного средства, как это следует из результатов экспериментальных исследований, приведенных на фигурах 11…15. Вследствие возникающего в связи с этим более высокого виброшумодемпфирования возможно использовать менее эффективные тонкие вибродемпфирующие прокладки, а также возможно уменьшать толщину вязкоэластичного слоя 3, расположенного над поверхностью кузовной панели 1 вследствие частичного компенсирующего прохождения вибродемпфирующего вещества в полости перфорированных отверстий 2. С другой стороны, использование такого варианта монтажа виброшумодемпфирующих покрытий 12 на перфорированных участках панелей 1 кузова позволяет обеспечивать более высокую адгезионную связь составных слоев образуемой слоистой композитной структуры (панель кузова 1 - вязкоэластичный слой 3 вибродемпфирующего покрытия 12) при исключении использования дорогостоящих адгезионных веществ (липкого клеевого, термоадгезивного слоев). Таким образом, возможно использовать более дешевые адгезионные вещества с пониженными адгезионными свойствами. Актуальным такое использование вибродемпфирующих покрытий 12 является для установки на панелях кузова, располагаемых наклонно или вертикально (щиток передка 8, панель за задним сидением, отделяющая пространство пассажирского помещения от багажного отделения легкового автомобиля) или на выпукло-вогнутые поверхности кузовных панелей типа колесных арок 9, 18, ниши запасного колеса.
Применение перфорированных панелей 1 в составе структуры кузова с адгезионно сопряженными вибродемпфирующими покрытиями 12 сохраняет выполнение ими функций герметизации пространства кабины (пассажирского помещения) от попадания в него пыли, влаги, выхлопных и картерных газов, паров топлива и масла, что, таким образом, не влечет улучшения одних функциональных свойств (виброакустических, весовых, технологических, стоимостных) за счет ухудшения других функциональных свойств (герметизации).
В сравнении с известными техническими решениями (пат. RU 2151708, RU 2149788), предусматривающими установку перфорированных плосколистовых вибродемпфирующих покрытий на сплошные (неперфорированные) участки виброшумоактивных панелей, заявляемое техническое решение обладает также таким технологическим и стоимостным преимуществом, как использование более простых и дешевых технологий изготовления неперфорированных плосколистовых вибродемпфирующих материалов (как в однослойном исполнении из вязкоэластичного вещества, так и в составе двухслойных армированных вибродемпфирующих материалов). Технологические процессы перфорирования металлических листовых материалов (стальных, алюминиевых), из которых изготавливаются несущие формообразующие панели кузовов автотранспортных средств (легковых автомобилей, автобусов, кабин грузовиков), освоены уже продолжительное время и, по сути, доведены практически до стадий технического совершенства. Они, в частности, могут быть заимствованы из технологий производства перфорированных перегородок и сворачиваемых трубчатых элементов конструкций глушителей шума выпуска отработавших газов двигателей внутреннего сгорания автотранспортных средств, перфорированных панелей корпусных элементов бытовой техники (холодильников, кондиционеров, пылесосов, пароварок, стиральных машин) и многочисленных применений в других областях техники.
пер(пн)
Приведенные результаты выполненных экспериментальных исследований подтверждают высокую эффективность заявляемого технического решения. Определение значений приведенного композитного коэффициента потерь проводилось с использованием лабораторно-стендовой установки «Оберст», согласно методу широко используемого общепринятого в мировой практике стандарта DIN 53440. В качестве исследуемых образцов использовались слоистые композитные структуры, содержащие в своем составе несущие металлические пластины заданного геометрического размера в неперфорированных и перфорированных (с коэффициентами перфорации k=0,01….0,25) вариантах их исполнения, адгезионно (с применением липкого клеевого вещества или с использованием термоактивного клеевого слоя) смонтированных плосколистовых виброшумодемпфирующих покрытий марок ISO-7 и DF-5AL (плосколистовые вибродемпфирующие материалы производства ЗАО НПП «Тэкникал Консалтинг», г.Тольятти). Базовые образцы несущих пластин были изготовлены из материала -кузовная сталь 0,8 кп, имели габаритные размеры 320×20 мм и толщину 1 мм. В качестве сопоставительной базы использовался также образец несущей пластины толщиной 0,8 мм, изготовленной из аналогичного материала и имеющей аналогичные габаритные размеры. Размер образцов материала вибродемпфирующих плосколистовых прокладок, монтируемых на несущих стальных пластинах, составлял 265×20 мм. Из результатов исследований, представленных на фиг.11…15, следует, что изменение величин коэффициента перфорации несущей стальной панели (в диапазоне 0,05…0,25) в составе слоистой композитной структуры с образцом сплошного неперфорированного вибродемпфирующего материала приводит к увеличению значений приведенного композитного коэффициента потерь на величину до 0,10 (или до 30%), что свидетельствует о соответствующем возрастании диссипативных потерь в исследуемой слоистой композитной структуре. Одновременно с этим достигается снижение удельного поверхностного веса несущей металлической панели до 25%, а слоистой задемпфированной структуры - до 40% (что позволяет, например, использовать уже более легкий и дешевый вибродемпфирующий материал марки ISO-3 взамен ISO-7).
пер(пн)
Как следует из анализа представленных на фиг.11 технических характеристик слоистых композитных структур панели кузова транспортного средства (легкового автомобиля), перфорирование ее структуры с коэффициентом перфорации k=0,20 обеспечивает снижение удельного поверхностного веса образованной слоистой композитной структуры на 40%, при использовании более легковесного вибродемпфирующего материала марки ISO-3 (удельным поверхностным весом 3,0 кг/м и толщиной 1,5 мм). При этом обеспечивается сохранение значений приведенного композитного коэффициента потерь на уровне композитной структуры, содержащей в своем составе неперфорированные несущую панель (толщиной 1 мм) и неперфорированное вибродемпфирующее покрытие из материала типа ISO-7 (удельным поверхностным весом 7,0 кг/м и толщиной 3,5 мм).
Определение передаточных функций «сила-вибрация» и «сила-шум», характеризующих колебательные и звукоизлучательные характеристики крупногабаритных композитных структур, производилось с использованием лабораторно-стендовой установки «RTC-3». Данная исследовательская установка состоит из двух камер: нижней - возбуждающей камеры и верхней - измерительной (заглушенной) камеры. В нижней камере целенаправленно формируется структурное вибрационное возбуждение исследуемой композитной структуры образца (стальной пластины незадемпфированной, слоистой задемпфированной композитной структуры) размером 500×610 мм. Вибрационное возбуждение сигналом «белый шум» задавалось в частотном диапазоне 25…400 Гц, которое подводилось твердым путем передачи от штока вибровозбудителя к жесткой периферической рамке, на которой болтовыми соединениями закреплялся исследуемый образец (стальная пластина в сплошном и перфорированном исполнении в исходном и задемпфированном состоянии в виде слоистой композитной структуры). Между жесткой монтажной рамкой и электродинамическим вибратором устанавливался датчик силы, регистрирующий величину возбуждающей силы входного динамического возбуждения. На тыльную поверхность исследуемой структуры монтировались акселерометры, в то время как в верхней части приемной камеры был установлен измерительный микрофон, которые регистрировали соответствующие уровни виброускорений и уровни звуковых давлений, в виде динамических откликов исследуемой кузовной структуры на приложенное вибрационное возбуждение.
пер(пн)
пер(пн)
пер(пн)
пер(пн)
пер
пер
Как следует из результатов испытаний, представленных на фиг.16…19, перфорирование несущей тонколистовой панели сквозными отверстиями диаметром 6 мм, при вариантах перфорирования с коэффициентом перфорации, равным k=0,01 и k=0,05, приводит к увеличению численных значений резонансных частот передаточных функций «сила-вибрация» и «сила-шум» исследуемой пластины до 20 Гц (до 20%) и снижению их амплитуд динамических откликов до 40 дБ практически во всем исследуемом диапазоне частот 20…400 Гц. В вариантах монтажа на исследуемую несущую перфорированную панель плосколистового виброшумодемпфирующего покрытия из материала типа ISO-7 (вариант использования коэффициента перфорации несущей пластины k=0,01) - отмечается незначительное изменение численных значений динамических откликов на резонансных частотах и амплитуд передаточных функций «сила-вибрация» и «сила-шум» (см. фиг.18, 19). Однако при варианте повышения коэффициента перфорации несущей стальной пластины до значений k=0,05 отмечается уже существенное снижение (до 30 дБ) амплитуд передаточной функции «сила-вибрация» во всем исследуемом диапазоне частот 20…400 Гц (см. фиг.19). Зависимости передаточных функций «сила-вибрация» и «сила-шум» исследуемых образцов слоистых композитных структур, представленные на фиг.20…23, характеризуют изменение численных значений их резонансных частот и амплитуд динамических откликов при вариантах использования сплошной неперфорированной несущей пластины без смонтированного на ее поверхности образца вибродемпфирующего покрытия и использования перфорированной несущей пластины (при k=0,01 и k=0,05) со смонтированным неперфорированным вибродемпфирующим покрытием из материала типа ISO-7. Как следует из приведенных зависимостей, использование перфорированных несущих пластин, задемпфированных плосколистовым вибродемпфирующим материалом типа ISO-7, позволяет ослабить амплитуды доминирующих резонансных динамических откликов указанных передаточных функций на величину до 40 дБ.
Разумеется, представленное в описании техническое решение в виде заявки на изобретение не ограничивается только описанными выше конкретными конструктивными примерами его осуществления, показанными на прилагаемых фигурах. Остаются также возможными несущественные изменения различных конструктивных и/или технологических элементов исполнения или используемых материалов, из которых эти элементы выполнены, либо замена их технически эквивалентными, не выходящими за пределы объема притязаний, обозначенного формулой изобретения.