一种水下轻质耐压吸声型多层阵列结构单元制造技术

本发明专利技术属于声学结构或材料技术领域，尤其涉及一种水下轻质耐压吸声型多层阵列结构单元。包括表面复合材料层、吸声芯层以及设置于吸声芯层内的质量分配结构；表面复合材料层包覆在吸声芯层外部；吸声芯层内均匀设置有若干个塔型吸声腔；质量分配结构由内环、外环、游离环构成；本发明专利技术结构简单，通过利用内部吸声芯材配合由柱形空腔

【技术实现步骤摘要】
一种水下轻质耐压吸声型多层阵列结构单元


[0001]本专利技术属于声学结构或材料
，尤其涉及一种水下轻质耐压吸声型多层阵列结构单元。

技术介绍

[0002]纤维增强树脂基复合材料具有比强度高、比刚度大、比吸能强以及可设计性好等优点，在结构工程领域已得到日益广泛的关注。然而在一些特殊或者极端的使用环境中，不仅需要结构具有优异的力学特性，而且要具有较好的环境适应性及其它特殊性能。如水下结构平台的方案设计，不仅对结构平台的力学性能提出了较高要求，而且需要结构平台在水下具有良好声隐身性能，现有的复合材料在应用过程中存在无法满足需求的情况。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于，提供一种能够满足水下结构平台的力学承载要求，而且能够为水下结构平台提供良好的声学性能的水下轻质耐压吸声型多层阵列结构单元。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案。
[0005]一种水下轻质耐压吸声型多层阵列结构单元，包括表面复合材料层1、吸声芯层2以及设置于吸声芯层2内的质量分配结构3；
[0006]表面复合材料层1包覆在吸声芯层2外部；
[0007]吸声芯层2内均匀设置有若干个塔型吸声腔；塔型吸声腔由三个组合腔构成；
[0008]组合腔由顶部的柱形空腔20和底部的锥台空腔21构成，柱形空腔20的直径与锥台空腔的锥顶直径一致；三个组合腔同轴设置，相邻组合腔利用柱形空腔相连通；
[0009]柱形空腔20的顶部与吸声芯材2顶部的间距R不小于2mm；最下侧锥台空腔21的锥底从吸声芯材2底部穿出形成透声口；
[0010]质量分配结构3由内环30、外环31、游离环32构成；
[0011]内环30和外环31成组设置于所有同轴且相邻的两个组合腔之间；每组中的内环30、外环31与该组合腔同轴；
[0012]内环30的内径与其下侧相邻的柱形空腔的直径一致；外径小于其上侧相邻的锥台空腔的锥底直径；外环31的内径与其上侧的锥台空腔的锥底直径一致；游离环32均匀布置在各外环31之间。
[0013]对前述水下轻质耐压吸声型多层阵列结构单元的进一步改进或者优选实施方案，圆柱形空腔的厚度H1：锥台空腔厚度H2：质量分配结构3的厚度H3＝1～1.5：1.5～2：1～1.5。
[0014]对前述水下轻质耐压吸声型多层阵列结构单元的进一步改进或者优选实施方案，内环30和外环31由钢材料制成。
[0015]对前述水下轻质耐压吸声型多层阵列结构单元的进一步改进或者优选实施方案，塔型吸声腔以呈环形阵列或矩形阵列均匀设置。
[0016]对前述水下轻质耐压吸声型多层阵列结构单元的进一步改进或者优选实施方案，吸声芯层由聚氨酯阻尼吸声材料制成，密度为900～1000kg/m3，静水耐压强度1～2MPa，线弹性应变范围0～0.3；
[0017]表面复合材料层1由湿法缠绕成型加工工艺得到；加工过程中缠绕角为10
°
～30
°
，缠绕厚度1～2mm，张力5～35N；采用张力湿法缠绕成型工艺，采用优化缠绕线型均匀地缠绕到内部芯材优化型线表面，以获得更好地的约束承载能力和能量吸收效率，提高结构单元耐压以及承载性能。
[0018]成型纤维使用玻璃纤维或芳纶纤维；树脂基体使用低吸水性树脂，低吸水性树脂是指聚酯树脂或乙烯基酯或者其组合；成型纤维和树脂基体的质量比为1.5～1.0；层复合材料选用海洋环境适应型纤维和树脂体系并优化纤维树脂质量比，达到更好地工艺成型质量和复合界面性能的同时，使其能够获得更好的水下适应能力和使用寿命。
[0019]对前述水下轻质耐压吸声型多层阵列结构单元的进一步改进或者优选实施方案，水下轻质耐压吸声型多层阵列结构单元的两个大端面分别为迎声面和固定面；组合腔中的圆柱空腔朝向迎声面，锥台空腔的锥底朝向固定面，位于迎声面一侧表面复合材料层1厚度为2mm，位于固定面一侧的表面复合材料层1的厚度为4mm；
[0020]塔型吸声腔中三个组合腔及其之间的质量分配结构的的厚度分别为：顶部组合腔的厚度15mm，第一层内环、外环及游离环的厚度2mm，中间组合腔厚度20mm、第二层内环、外环及游离环的厚度3mm，底部组合腔厚度为15mm。
[0021]对前述水下轻质耐压吸声型多层阵列结构单元的进一步改进或者优选实施方案，塔型吸声腔的三个组合腔中的锥台的锥角自上而下依次为分别为83.89
°
、73.74
°
、106.62。
[0022]其有益效果在于：
[0023]本专利技术结构简单，通过利用内部吸声芯材配合由柱形空腔
‑‑
锥台空腔
‑‑
质量分配结构组合形成的吸声结构，构成了具有良好力学承载性能和低频宽带吸声性能的多层阵列结构单元，该结构单元结构紧凑稳定，密度小，能够广泛应用于各类承压和吸声结构结构，使其能够实现吸声隐身，同时其承载能力强，具有突出的的耐压承压性能，可应用于各类水下设备的轻质隐身结构。
附图说明
[0024]图1是水下轻质耐压吸声型多层阵列结构单元的剖视图；
[0025]图2是水下轻质耐压吸声型多层阵列结构单元内部结构示意图；
[0026]图3是水下轻质耐压吸声型多层阵列结构单元的工艺装配示意图；
[0027]图4为3MPa水压下复合结构与吸声芯材吸声性能对比图。
具体实施方式
[0028]以下结合具体实施例对本专利技术作详细说明。
[0029]本专利技术的水下轻质耐压吸声型多层阵列结构单元，主要用于制备各类潜航设备或仪器的表面消声防护层/材料，用于提高设备防护层的吸声、耐压承载性能，适用于对于隐身，抗冲击或减振等性能有需求的特定场合。
[0030]水下轻质耐压吸声型多层阵列结构单元主要包括表面复合材料层1、吸声芯层2以
及设置于吸声芯层2内的质量分配结构3；
[0031]表面复合材料层1包覆在吸声芯层2外部；
[0032]吸声芯层2内均匀设置有若干个塔型吸声腔；塔型吸声腔由三个组合腔构成；组合腔由顶部的柱形空腔20和底部的锥台空腔21构成，柱形空腔20的直径与锥台空腔的锥顶直径一致；三个组合腔同轴设置，相邻组合腔利用柱形空腔相连通；
[0033]柱形空腔20的顶部与吸声芯材2顶部的间距R不小于2mm；最下侧锥台空腔21的锥底从吸声芯材2底部穿出形成透声口；
[0034]质量分配结构3由内环30、外环31、游离环32构成；
[0035]内环30和外环31成组设置于所有同轴且相邻的两个组合腔之间；每组中的内环30、外环31与该组合腔同轴；
[0036]内环30的内径与其下侧相邻的柱形空腔的直径一致；外径小于其上侧相邻的锥台空腔的锥底直径；外环31的内径与其上侧的锥台空腔的锥底直径一致；游离环32均匀布置在各外环31之间。
[0037]在本申请中，吸声芯材及其内部通道一般通过浇筑开模制成，为便于内部质量分配结构的安本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下轻质耐压吸声型超材料多层阵列结构单元，其特征在于，包括表面复合材料层(1)、吸声芯层(2)以及设置于吸声芯层(2)内的质量分配结构(3)；表面复合材料层(1)包覆在吸声芯层(2)外部；吸声芯层(2)内均匀设置有若干个塔型吸声腔；塔型吸声腔由三个组合腔构成；所述组合腔由顶部的柱形空腔(20)和底部的锥台空腔(21)构成，柱形空腔(20)的直径与锥台空腔的锥顶直径一致；三个组合腔同轴设置，相邻组合腔利用柱形空腔相连通；柱形空腔(20)的顶部与吸声芯材(2)顶部的间距R不小于2mm；最下侧锥台空腔(21)的锥底从吸声芯材(2)底部穿出形成透声口；质量分配结构(3)由内环(30)、外环(31)、游离环(32)构成；内环(30)和外环(31)成组设置于所有同轴且相邻的两个组合腔之间；每组中的内环(30)、外环(31)与该组合腔同轴；内环(30)的内径与其下侧相邻的柱形空腔的直径一致；外径小于其上侧相邻的锥台空腔的锥底直径；外环(31)的内径与其上侧的锥台空腔的锥底直径一致；游离环(32)均匀布置在各外环(31)之间。2.根据权利要求1所述的水下轻质...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晓松，邹春荣，郭少军，沈同圣，赵德鑫，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：