阻尼内衬六方蜂窝穿孔板水下吸声超材料制造技术

本发明专利技术提供了一种阻尼内衬六方蜂窝穿孔板水下吸声超材料，通过焊接或胶接穿孔上面板、蜂窝层芯、下面板，形成多个蜂窝共振腔单元，并在蜂窝共振腔单元的侧壁和底面上粘贴阻尼内衬层，改善了结构的声阻抗特性，提高了结构的低频吸声性能。轻质蜂窝夹层板结构在实现良好的低频水下吸声性能的前提下，减轻了结构重量，保证了结构承载性能，解决了传统水下吸声结构在普遍存在低频吸声性能不佳、质量较重、承载性能差的问题。

【技术实现步骤摘要】
阻尼内衬六方蜂窝穿孔板水下吸声超材料
本专利技术涉及水下吸声领域，具体是一种阻尼内衬六方蜂窝穿孔板水下吸声超材料。
技术介绍
声学超材料是一种人工周期性复合结构，具有不同于天然材料的超常规声学特性，如声聚焦、负折射、单向透射、声隐身等。此外，深亚波长尺度结构对低频声波的完美吸收也是声学超材料的重要特殊性质之一。在空气声学中，通过空间缠绕或层级穿孔的结构设计，可以实现基于亥姆霍兹共振原理的完美吸收。通过具有不同几何参数的多个单元的并行连接，其中一些结构也表现出宽频带吸收能力。但在水声学中，由于水的近似不可压缩性和相对较小的粘性，依赖于空气的粘性能量耗散的超材料将不再适用。此外，在相同频率下，水中的声波波长是空气的4倍以上，这使得通过小尺寸结构实现低频的完全吸收变得更加困难。而传统的水下吸声材料/结构，例如具有周期性排布的空腔的吸声覆盖层、局域共振型声子晶体、阻抗渐变型吸声覆盖层等材料/结构，其基体大多为橡胶或聚氨酯，实际工作时需粘贴在水下装备的钢制外壳上，一方面增加了结构重量，另一方面承载性能较差，在深水载荷作用下易发生变形，从而削弱其吸声性能。综合来看，上述结构普遍存在低频吸声性能不佳、质量较重、承载性能差的问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术的问题，提供一种阻尼内衬六方蜂窝穿孔板水下吸声超材料，解决传统水下吸声结构在普遍存在低频吸声性能不佳、质量较重、承载性能差的问题。本专利技术采用以下技术方案：一种阻尼内衬六方蜂窝穿孔板水下吸声超材料，包括穿孔上面板、蜂窝层芯、阻尼内衬层和下面板，穿孔上面板、蜂窝层芯、下面板通过焊接或胶接相连，阻尼内衬层粘贴于每一个蜂窝共振腔单元的侧壁和底面上，形成一种阻尼内衬六方蜂窝穿孔板水下吸声超材料。本专利技术一种阻尼内衬六方蜂窝穿孔板水下吸声超材料，通过焊接或胶接穿孔上面板、蜂窝层芯、下面板，形成多个蜂窝共振腔单元，并在蜂窝共振腔单元的侧壁和底面上粘贴阻尼内衬层，改善了结构的声阻抗特性，提高了结构的低频吸声性能。轻质蜂窝夹层板结构在实现良好的低频水下吸声性能的前提下，减轻了结构重量，保证了结构承载性能。进一步的，穿孔上面板由结构钢制成，上面周期性的开有小孔，结构钢的应用使结构具有良好的承载性能。进一步的，穿孔上面板上每一个小孔对应蜂窝层芯结构中的一个蜂窝共振腔单元，穿孔的设置将使蜂窝单元内部与外部连通，水通过穿孔流入蜂窝单元内部，形成亥姆霍兹共振腔。进一步的，穿孔的直径为2~4mm，形状为圆形、三角形、方形、花瓣形或不规则形，穿孔的直径决定了穿孔内水柱的直径，通过调节穿孔直径可以改变结构的亥姆霍兹共振特性，从而调节结构的吸声性能。进一步的，穿孔上面板的厚度为2~5mm，上面板的厚度一方面决定了穿孔内水柱的高度，控制着结构的共振吸声特性，另一方面可以调节结构的承载性能。具体的，蜂窝层芯由结构钢制成，形状为方形蜂窝、圆形蜂窝、三角形蜂窝、六方蜂窝或多尺寸多形状的混杂蜂窝，蜂窝层芯用于承受压缩载荷，此外，蜂窝壁将结构分割为多个单元，可以实现不同单元的差异化尺寸设计，形成多个共振频率，增加结构的吸声带宽。进一步的，蜂窝内边长为25~40mm，蜂窝腔体作为亥姆霍兹共振腔，起到了声容的作用，通过调整蜂窝内边长，可以控制结构的峰值吸声频率。进一步的，蜂窝层芯的厚度为30mm~50mm，蜂窝层芯的厚度决定了共振腔体的尺寸，改变蜂窝层芯厚度可以调整结构的吸声频带。具体的，阻尼内衬层由橡胶或聚氨酯等粘弹性材料制成，粘贴于每一个蜂窝共振腔单元的侧壁和底面上，阻尼内衬层的粘贴为蜂窝共振腔提供了额外的声阻和声容，改善了结构的阻抗特性，有利于实现结构的低频水下吸声。进一步的，阻尼内衬层厚度为1mm~4mm，阻尼内衬层的厚度决定了额外增加的声阻和声容的大小，对结构的声阻抗特性会产生影响，通过合理设计可以实现特定频率的优异吸声效果。本专利技术有益效果在于：1、具有优异的低频吸声性能。本专利技术试件在0~1000Hz的一定范围内，吸声系数可以达到0.5以上，半吸声带宽可达到50%以上。部分位置的吸声峰值可达到0.99以上，实现了完美吸声，厚度仅为相应的完美吸声波长的1/102~1/62，是一种深亚波长水下吸声结构。2、具有良好的承载性能和轻量化性能。本专利技术的穿孔上面板、蜂窝层芯、下面板共同组成了轻质蜂窝夹层板结构，该结构具有良好的耐压性能、抗弯性能，是一种承载、轻量化的多功能结构。3、具有更多的可调参数和变量。本专利技术中的穿孔直径、穿孔上面板厚度、蜂窝层芯高度、蜂窝内边长、阻尼内衬层厚度等均为可调参数，可以根据具体的使用场景，如对承载性能的要求或对声学性能的要求合理的进行选择调整。4、结构简单，易于制造。附图说明图1为本专利技术水下吸声结构结构示意图，其中，（a）为一种阻尼内衬六方蜂窝穿孔板水下吸声超材料示意图，（b）为一个蜂窝共振腔单元结构示意图；图2为本专利技术三个实施例在0~1000Hz内的吸声系数示意图。其中：1.穿孔上面板；2.蜂窝层芯；3.阻尼内衬层；4.下面板。具体实施方式在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。本专利技术提供了一种阻尼内衬六方蜂窝穿孔板水下吸声超材料，通过焊接或胶接穿孔上面板1、蜂窝层芯2、下面板4，形成多个蜂窝共振腔单元，并在蜂窝共振腔单元的侧壁和底面上粘贴阻尼内衬层3，改善了结构的声阻抗特性，提高了结构的低频吸声性能。轻质蜂窝夹层板结构在实现良好的低频水下吸声性能的前提下，减轻了结构重量，保证了结构承载性能，解决了传统水下吸声结构在普遍存在低频吸声性能不佳、质量较重、承载性能差的问题。请参阅图1（a）和图1（b），本专利技术一种阻尼内衬六方蜂窝穿孔板水下吸声超材料，包括：包括穿孔上面板1、蜂窝层芯2、阻尼内衬层3和下面板4，穿孔上面板1、蜂窝层芯2、下面板4通过焊接或胶接相连，阻尼内衬层3粘贴于每一个蜂窝共振腔单元的侧壁和底面上，形成一种阻尼内衬六方蜂窝穿孔板水下吸声超材料，结构示意图如图1所示。穿孔上面板1由结构钢制成，上面周期性的开有小孔，进一步的，穿孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻尼内衬六方蜂窝穿孔板水下吸声超材料，其特征在于：包括穿孔上面板、蜂窝层芯、阻尼内衬层和下面板，穿孔上面板、蜂窝层芯、下面板通过焊接或胶接相连，下面板下表面固定在需要声学处理的水下装备上，其中，所述的蜂窝层芯包括若干蜂窝共振腔单元；所述的穿孔上面板上面周期性的开有小孔，每一个小孔对应蜂窝层芯结构中的一个蜂窝共振腔单元；所述的阻尼内衬层粘贴于每一个蜂窝共振腔单元的侧壁和底面上，形成一种阻尼内衬六方蜂窝穿孔板水下吸声超材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种阻尼内衬六方蜂窝穿孔板水下吸声超材料，其特征在于：包括穿孔上面板、蜂窝层芯、阻尼内衬层和下面板，穿孔上面板、蜂窝层芯、下面板通过焊接或胶接相连，下面板下表面固定在需要声学处理的水下装备上，其中，所述的蜂窝层芯包括若干蜂窝共振腔单元；所述的穿孔上面板上面周期性的开有小孔，每一个小孔对应蜂窝层芯结构中的一个蜂窝共振腔单元；所述的阻尼内衬层粘贴于每一个蜂窝共振腔单元的侧壁和底面上，形成一种阻尼内衬六方蜂窝穿孔板水下吸声超材料。


2.根据权利要求1所述的阻尼内衬六方蜂窝穿孔板水下吸声超材料，其特征在于：所述的穿孔上面板由结构钢制成。


3.根据权利要求1所述的阻尼内衬六方蜂窝穿孔板水下吸声超材料，其特征在于：所述的穿孔上面板的小孔的直径为2~5mm，形状为圆形、三角形、方形、花瓣形或不规则形。


4.根据权利要求1所述的阻尼内衬六方蜂窝穿孔板水下吸声超材料，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢天健，辛锋先，段明宇，何伟，于晨磊，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32