应用于水介质中的沉孔式微穿孔板、及微穿孔吸声结构、及其吸声系数计算方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于水介质中的沉孔式微穿孔板、及微穿孔吸声结构、及其吸声系数计算方法。本发明专利技术沉孔式微穿孔板包括板体，所述板体上开有多个贯通的穿孔单元，所述穿孔单元包括至少位于一侧板体上的沉孔、以及与沉孔底部连通的微穿孔。本发明专利技术微穿孔吸声结构包括沉孔式微穿孔板和背板，所述微穿孔板与背板之间设有由侧板围成的空腔结构。本发明专利技术沉孔式微穿孔板结构简单、易于加工、刚性好、吸声频率范围灵活可调、适应性好。本发明专利技术应用于水介质中的微穿孔吸声结构特别适用于水介质中的吸声处理。本发明专利技术吸声系数计算方法考虑了结构与水介质之间的结构‑声耦合作用，能够满足在水介质中对微穿孔吸声结构吸声系数计算需求，计算结果更加准确可靠。

【技术实现步骤摘要】
应用于水介质中的沉孔式微穿孔板、及微穿孔吸声结构、及其吸声系数计算方法
本专利技术涉及水介质吸声领域，具体的说是一种应用于水介质中的沉孔式微穿孔板、及微穿孔吸声结构、及微穿孔吸声结构的吸声系数计算方法。
技术介绍
微穿孔吸声结构常用于空气介质中噪声控制领域，微穿孔板主要是在薄板上开出多个微穿孔，与背腔形成吸声结构，利用空气介质在微穿孔中的粘滞损耗作用达到吸声效果。通常微穿孔直径在丝米级，微穿孔板为非金属材质或金属材质，受微穿孔加工工艺限制，现有的微穿孔孔深有限，仅适用于板厚在1mm以下的薄板。微穿孔吸声结构的研究和应用主要集中在空气介质中，其在水介质中的应用潜力有待发掘。与空气介质不同，水的特性声阻抗与常用工程结构材料(金属材料和塑料等)的声阻抗相差不大，尤其在微穿孔板较薄的情况下，微穿孔板和水介质的结构-声耦合作用更为明显，导致传统的微穿孔吸声结构因阻抗不足难以实现吸声效果，同时，由于水介质中声波波长较长，传统刚性背腔微穿孔吸声结构的吸声频率较高，因此适用于空气中的吸声结构不适用于水介质中。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述技术问题，提供一种用于水介质中的结构极为简单、刚性好、特别适用于水介质中吸声、灵活可调、适应性好的沉孔式微穿孔板。本专利技术还提供一种水介质中吸声效果优异的使用上述沉孔式微穿孔板的微穿孔吸声结构。本专利技术还提供一种用于在就用于水介质中的微穿孔吸声结构的吸声系数计算方法。本专利技术应用于水介质中的沉孔式微穿孔板包括板体，所述板体上开有多个贯通的穿孔单元，所述穿孔单元包括至少位于一侧板体上的沉孔、以及与沉孔底部连通的微穿孔。所述穿孔单元包括位于板体两侧对应的上沉孔和下沉孔，以及两端分别与上、下沉孔底部连通的微穿孔。所述沉孔的孔径不小于1mm，所述微穿孔孔径为0.02-0.4mm。所述沉孔的孔深为5-20mm。所述板体为不锈钢或白铜材料。同一板体上的所述微穿孔的孔径相同或不同，孔深相同或不同。同一板体上的所述微穿孔孔径具有两种或两种以上不同尺寸。同一板体上的所述微穿孔孔深具有两种或两种以上不同尺寸。一种微穿孔吸声结构，包括微穿孔板和背板，所述微穿孔板与背板之间设有由侧板围成的空腔结构，所述微穿孔板为所述的沉孔式微穿孔板。所述背板厚度0.2-10mm，材质为不锈钢或白铜材料。一种水介质中微穿孔吸声结构的吸声系数计算方法，利用声电类比法建立微穿孔板吸声结构的等效电路，所述等效电路为：微穿孔板与弹性背腔串联形成回路；微穿孔板的等效阻抗可以等效为微穿孔板结构阻抗和微穿孔声阻抗的并联，而弹性背腔的等效阻抗可以等效为背板结构阻抗和空腔结构的声阻抗的并联，其中，微穿孔板的等效阻抗为：ZMaa为微穿孔板的阻抗率：其中，ω为角频率，ρ0和η分别为水介质的密度和动力粘滞系数，tmpp为微穿孔的深度，d为微穿孔直径，为穿孔常数，σ为微穿孔板的穿孔率；Zmpp和Zp分别为微穿孔板和背板的结构阻抗，其中，和为微穿孔板或背板的第m阶模态向量和模态阻抗，a为微穿孔板或背板的半径，和为微穿孔板或背板的m阶模态阻尼和模态频率，Dmpp,p和ρmpp,p为微穿孔板或背板的弯曲刚度和面密度。其中，ρmpp＝[(1-σ′)t′mpp+σ′tmpp]ρ′mpptp为弹性背板的厚度，E和v分别为材料的弹性模量和泊松比，f1,0为沉孔式微穿孔板的基频，t′mpp为沉孔式微穿孔板总厚度，ρ′mpp为材料的密度，σ′为沉孔的穿孔率。当微孔孔深等于板厚时，t′mpp＝tmpp，ρmpp＝ρ′mpp。则微穿孔吸声结构的输入阻抗为：其中，ZD＝-jcot(kD)为空腔结构的声阻抗，k为波数，D为空腔深度。得到微穿孔吸声结构的垂直入射吸声系数为：其中，Z0＝ρ0c0为水介质的特性声阻抗。专利技术人发现将现有用于空气介质中的微穿孔板直接置于水介质中的吸声效果不佳，经过深入分析发现，这是由于微穿孔板相对于水介质结构阻抗不足、刚性不佳带来的，对于同种材料而言，在开孔数不变的前提下，只能通过增加板材厚度来提高刚性，但由于微孔穿孔径极小，受微穿孔开孔工艺的限制，无法在过厚的板材上打出微穿孔。为解决上述技术问题，专利技术人对厚板材的开孔结构进行改进，巧妙的采用沉孔和微孔配合形成贯穿板材的穿孔单元。沉孔不同于微孔，具有孔径大的特点，因此可以方便在较厚板材上打出任意深度的沉孔，在沉孔的基础上再打出微穿孔，就可以得到同时满足刚性要求及吸声要求的、适用于水介质吸声的沉孔式微穿孔板。所述沉孔和微孔配合的穿孔单元可以为多种结构形式，如采用一个沉孔对应一个微穿孔的结构形式，优选还可以采用一个微穿孔两端连通上、下两个沉孔的对称结构形式，这种结构形式具有更好的结构对称性，所建立的沉孔板的动力学模型更为精确。采用本专利技术的穿孔单元适用于不同厚度的板材，可根据刚性要求自由选择合适厚度的板材，兼顾微穿孔的加工性能限制的前提下，解决了现有微穿孔板刚性不足导致在水介质中的吸声效果不佳的问题。具体的，沉孔孔径大小并不作特别限制，只要满足沉孔的加工性能和微孔排布间距要求即可，优选沉孔不小于1mm；所述板体材料并不特限定，满足水下耐腐蚀、抗压性能的各种材料，如不锈钢、白铜、钛合金、陶瓷等，优选为不锈钢和白铜；所述沉孔可以为方孔、圆孔或其它有利于加工的孔形；所述沉孔的底面可以为平面或下沉的锥面。所述背板可以采用与微穿孔板相同或不同的材料，优选使用具有一定弹性的背板，关于增加背板弹性的方法，在不改变材料的前提下，可以通过减少背板厚度、或者是改变背板的边界条件(如由固支边界改成简支边界等)等实现。进一步的，现有技术中由于板材厚度均一，其微穿孔开孔孔径可调，但深度必须与板材的厚度完全一致，不可能出现两种以上不同深度尺寸的微穿孔，导致灵活适应性差。而本专利技术中，申请人发现，由于沉孔的深度可自由调节，这就意味着在同一块板体上可根据吸声效果需要，在微穿孔加工性能许可的前提下，可以设计两种或两种以上不同深度尺寸的微穿孔，不同吸声频率的微穿孔组合可以取得更宽频的吸声效果，进一步提高本专利技术微穿孔板灵活性、适应性和吸效果。本专利技术所述沉孔式微穿孔板与背板和侧板一起组成的水介质中的微穿孔吸声结构可以很好提高结构阻抗，解决了微穿孔板相对水介质结构阻抗不足，无法实现吸声的问题；背板的弹性作用使微穿孔吸声结构的吸声峰向低频移动，提高最大吸声系数，改善弹性微穿孔吸声结构低频吸声效果，实现其在水介质中有效吸声的目的。有益效果：本专利技术沉孔式微穿孔板结构极为简单、易于加工、刚性好、具有更宽的吸声频率范围、灵活可调、适应性好。本专利技术应用于水介质中的微穿孔吸声结构特别适用于水介质中的吸声处理。本专利技术计算方法考虑了结构和水介质之间的耦合作用，能够满足在水介质中对微穿孔吸声结构吸声系数计算需求，计算结果更加准确可靠。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于水介质中的沉孔式微穿孔板，包括板体，其特征在于，所述板体上开有多个贯通的穿孔单元，所述穿孔单元包括至少位于一侧板体上的沉孔、以及与沉孔底部连通的微穿孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于水介质中的沉孔式微穿孔板，包括板体，其特征在于，所述板体上开有多个贯通的穿孔单元，所述穿孔单元包括至少位于一侧板体上的沉孔、以及与沉孔底部连通的微穿孔。


2.如权利要求1所述的应用于水介质中的沉孔式微穿孔板，其特征在于，所述穿孔单元包括位于板体两侧对应的上沉孔和下沉孔，以及两端分别与上、下沉孔底部连通的微穿孔。


3.如权利要求1或2所述的应用于水介质中的沉孔式微穿孔板，其特征在于，所述沉孔的孔径不小于1mm，所述微穿孔孔径为0.02-0.4mm。


4.如权利要求1或2所述的应用于水介质中的沉孔式微穿孔板，其特征在于，所述沉孔的孔深为5-20mm。


5.如权利要求1或2所述的应用于水介质中的所述的沉孔式微穿孔板，其特征在于，所述板体为不锈钢或白铜材料。


6.如权利要求1或2所述的应用于水介质中的沉孔式微穿孔板，其特征在于，同一板体上的所述微穿孔的孔径相同或不同，孔深相同或不同；同一板体上的所述微穿孔孔径具有两种或两种以上不同尺寸。


7.如权利要求6所述的应用于水介质中的沉孔式微穿孔板，其特征在于，同一板体上的所述微穿孔孔深具有两种或两种以上不同尺寸。


8.一种微穿孔吸声结构，包括微穿孔板和背板，所述微穿孔板与背板之间设有由侧板围成的空腔结构，其特征在于，所述微穿孔板采用权利要求1-7任一项所述的沉孔式微穿孔板。


9.如权利要求8所述的微穿孔吸声结构，其特征在于，所述背板厚度0.2-10mm。


10.一种微穿孔吸声结构的吸声系数计算方法，其特征在于，利用声电类比法建立微穿孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱海潮，侯九霄，赵应龙，袁苏伟，廖金龙，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42