鱼鳞状隔板填充粘弹性材料水下吸声结构制造技术

本发明专利技术提供了一种鱼鳞状隔板填充粘弹性材料水下吸声结构，包括底板，底板上刚性连接有若干等距分布的曲折结构的隔板，隔板之间的空间内填充有粘弹性材料；所述的曲折结构的隔板为中央弯折的结构，弯折点的上下两侧沿弯折处的水平面轴对称，隔板的底部倾角θ为61

【技术实现步骤摘要】
鱼鳞状隔板填充粘弹性材料水下吸声结构


[0001]本专利技术涉及水下吸声复合结构设计领域，具体是一种鱼鳞状隔板填充粘弹性材料水下吸声结构。

技术介绍

[0002]与空气环境下的吸声结构相比，由于水中声速较大以及水粘性较小等原因，水下吸声一直是一个比较困难的问题。水下吸声常采用粘弹性材料，粘弹性材料如橡胶或聚氨酯等由高分子材料组成，在声波的激励下分子链之间相互摩擦从而产生能量损耗。由于低频声波的穿透能力强，所以在吸收低频声波时需要更厚的厚度或在内部引入共振结构，如Alberich型吸声覆盖层在内部引入空腔，利用空腔的谐振提升低频的吸声性能。但随着声纳的不断发展以及人类探测深度的不断增加，此类材料已经不能满足人类的需要。因此通过结构的设计提升粘弹性材料的声能损耗能力以及实现具有承压能力的水下吸声结构具有重要的工程应用前景。

技术实现思路

[0003]本专利技术为了解决现有技术的问题，提供了一种鱼鳞状隔板填充粘弹性材料水下吸声结构，通过结构的合理设计提高粘弹性材料水下吸声性能，解决了粘弹性材料宽频吸声性能较差的难题。
[0004]本专利技术包括底板，底板上刚性连接有若干等距分布的曲折结构的隔板，隔板之间的空间内填充有粘弹性材料；所述的曲折结构的隔板为中央弯折的结构，弯折点的上下两侧沿弯折处的水平面轴对称，隔板的底部倾角θ为61
°
~68
°
，隔板的厚度为整体结构厚度的1/60~1/6，所述的粘弹性材料密度为500 kg/m3~1000kg/m3。
[0005]进一步改进，所述的隔板采用钢、铝等金属或碳纤维及玻璃纤维等复合材料。
[0006]进一步改进，所述的粘弹性材料为聚氨酯类粘弹性材料，横波声速为200m/s~1200m/s，横波损耗因子为0.01~0.09；纵波声速为30m/s~300m/s，纵波损耗因子为0.5以上。
[0007]本专利技术有益效果在于：1.由于隔板与底板相连，并且刚性较大，故假设隔板不会因声波的扰动而振动。粘弹性材料在声波的激励下发生振动，由于隔板的存在，靠近隔板的材料振动受到约束，而远离隔板的材料振动相对比较剧烈，从而在粘弹性材料中产生很强的剪切作用。由于粘弹性材料的剪切损耗远大于压缩损耗，所以可以大幅度提升粘弹性材料的声波损耗能力。弯曲隔板提供了更大的表面积以及弯曲的路径增加了声波传播的距离，故可以在很大程度上提升粘弹性材料的吸声性能。另一方面，隔板与底板连接，使得结构具有一定的承载能力，进一步改善了结构的耐水压能力。
[0008]2、阻尼材料为聚氨酯类粘弹性材料，在结构中起主要吸声作用，剪切波损耗因子为0.6及以上，以保证对声波能量具有足够的损耗能力。
[0009]3、可以通过改变鱼鳞状隔板的倾斜角度以及隔板间距等方式，改变声波的传播方
向增加了粘弹性结构的有效厚度。
[0010]综上所述，本专利技术提供的鱼鳞状隔板填充粘弹性材料水下吸声结构可以很大程度提高粘弹性材料的吸声性能。在设计方面具有更多的可调参数，包括结构参数以及材料参数，可根据实际工况需求进行相应调节。结构简单，易于制造。
附图说明
[0011]图1(a)为本专利技术结构鱼鳞状隔板填充粘弹性材料水下吸声结构的示意图，图1(b)单个元胞的结构示意图(b)。
[0012]图2为鱼鳞状隔板填充粘弹性材料水下吸声结构的吸声系数以及改变参数对结构吸声性能影响。
具体实施方式
[0013]下面结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0014]本专利技术提供了一种鱼鳞状隔板填充粘弹性材料水下吸声结构，如图1（a）所示，将曲折的金属或碳纤维/玻璃纤维复合材料隔板与底板相连固定，并将聚氨酯或橡胶等粘弹性材料填充到隔板所形成的空间中凝固。最终形成的结构相较于相同厚度的粘弹性材料，吸声性能得到了大幅度的提高，在很宽的频带范围内实现吸声系数大于0.8。并且通过改变曲折结构的弯曲方式以及结构参数，可以改变结构的力学性能以及水下吸声性能。从而实现了一种既能承载，又具有宽频吸声效果的水下吸声结构。
[0015]请参阅图1和图2，本专利技术一种曲折隔板填充粘弹性材料水下吸声结构，包括金属或碳纤维/玻璃纤维复合材料弯曲结构的隔板1，起到承载作用和提升粘弹性材料吸声性能的作用、粘弹性材料2，作为吸声材料吸收声波能量。
[0016]隔板1由铁，铝等金属材料或碳纤维/玻璃纤维复合材料制得，为保证一定的承载能力和重量等要求，隔板的厚度在1~5mm之间，高度与粘弹性材料保持一致。
[0017]粘弹性材料2的密度在500 kg/m3~1000kg/m3之间；横波声速在200m/s~1200m/s之间，横波损耗因子在0.01~0.09之间；纵波声速在30m/s~300m/s之间，纵波损耗因子在0.5以上。
[0018]整体结构的厚度在30mm~60mm之间。
[0019]本专利技术一种曲折隔板填充粘弹性材料水下吸声结构可以实现2kHz~20kHz之间具有良好吸声效果，相对于相同厚度的粘弹性材料，吸声性能得到了大幅度提升。原因在于考虑隔板与粘弹性材料之间为理想连接，即两种材料之间不发生相对位移。当声波传播到结构表面时，由于隔板与底板连接，不发生移动，粘弹性材料在振动的时候振动的不协调导致内部存在很大的剪切作用，从而将声波能量损耗掉。而当将隔板做成鱼鳞状时，一方面可以增加隔板与粘弹性材料之间的接触面积，另一方面，鱼鳞状的隔板可以增加了粘弹性材料的等效厚度，故粘弹性材料的吸声性能得到大幅度提升。通过改变结构倾角可以达到不同的吸声效果。另外，本结构还满足在高静水压下维持吸声性能不易发生下降的要求；结构简单、可操作性强。
实施例
[0020]实施例用材料：金属钢：在仿真计算中按照刚性处理。
[0021]粘弹性材料1：其特征是密度900kg/m3，纵波波速1000m/s，纵波损耗因子为0.09，横波波速为100m/s，横波损耗因子为0.5。
[0022]水：其特征是密度1000kg/m3，声速1500m/s。
[0023]实施例与对比例的结构尺寸：参考图1(b)，为了保证对照的客观性，实施例与对比例的厚度h保持一致为h=50mm，隔板与两侧的粘弹性材料构成一个元胞，元胞的宽度为a=25mm。隔板厚度t=1mm，鱼鳞状隔板的底部倾角分别为θ=90
°
，θ=68
°
和θ=61
°
进行分析，其中θ=90
°
表示竖直对照。
[0024]采用以上材料和结构尺寸进行数值模拟，给出了实施例和对比例的吸声系数对比如下：计算了0~10000Hz之间两种结构以及均匀对照组的吸声系数。
[0025]参考图2，其中黑实线表示等厚度均匀粘弹性材料的吸声系数，划线表示θ=90
°
时结构的吸声系数，点划线代表θ=68
°
时结构的吸声系数。点线表示θ=61
°
时结构的吸声系数。从图中可以看出，相对于等厚度粘弹性材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种鱼鳞状隔板填充粘弹性材料水下吸声结构，其特征在于：包括底板，底板上刚性连接有若干等距分布的曲折结构的隔板，隔板之间的空间内填充有粘弹性材料；所述的曲折结构的隔板为中央弯折的结构，弯折点的上下两侧沿弯折处的水平面轴对称，隔板的底部倾角θ为61
°
~68
°
，隔板的厚度为整体结构厚度的1/60~1/6，所述的粘弹性材料密度为500 kg/m...

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