【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于粘弹性材料声学参数预测领域，具体涉及一种从不同水压下的动态力学参数到小试样粘弹性材料的连续宽频带内的声学性能预测方法。本专利技术中所述“小试样”是指适用于水声管尺寸且无内部结构的实心均匀柱状粘弹性材料，其横截面为圆形。
技术介绍
1、声学覆盖层，即声学粘弹性材料结构，是潜艇及其他水下航行器声隐身的一项关键技术。对于粘弹性材料而言，其声能的耗散是依靠高分子链段运动的内摩擦将声能转变为热能，这种阻尼特性是由其力学参数决定的，因此力学参数可以作为描述材料声学性能的基本参量。
2、目前针对粘弹性材料动态力学参数的研究大多只考虑了频率和温度的影响，甚少考虑水压变化所带来的粘弹性材料动态力学参数变化；然而，在大潜深和远程探测中，受海洋环境水压作用，粘弹性材料微观形态会发生变化，使其宏观声学性能急剧恶化，这严重影响了声隐身作用的发挥。
3、此外，在针对粘弹性声学性能参数的研究中，目前采用脉冲声管法和自由场实验测量法。脉冲声管法所使用的测量装置其工作频率范围由声管的几何尺寸、形状以及换能器的振动模式和发射脉冲的宽度决定，计算误差大，样品制作难度大；自由场实验测量法一般在大水池进行，但低频测量时由于样品边缘衍射的干扰会使误差很大。
技术实现思路
1、为了解决现有针对粘弹性材料声学性能参数获取主要采用脉冲声管法和自由场实验测量法而存在低频范围声学性能测量误差大、样品制作难度大的技术问题，本专利技术提出了一种从水压下动态力学参数到小试样声学性能的预测方法。本专利技术
2、本专利技术的技术方案是：
3、基于水压下动态力学参数的小试样声学性能预测方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
4、根据粘弹性材料不同水压下的动态力学参数得到其纵波声速和衰减系数的计算公式；
5、建立基于水声管和粘弹性材料制成的小试样的声学参数预测模型，并通过传递矩阵法求解所述小试样的声学性能参数，包括吸声系数和/或隔声量；
6、结合所述纵波声速和衰减系数的计算公式、所述小试样的声学性能参数以及各个所述动态力学参数之前的换算关系，得到不同水压下所述小试样的任意动态力学参数与声学性能参数之间的转换关系式；
7、基于所述转换关系式，根据不同水压下所述小试样的任意动态力学参数，求解其声学性能的预测值。
8、进一步地，所述纵波声速的计算公式为：
9、
10、其中，c为纵波声速,单位为m/s；ρ表示材料密度，单位为kg/m3；e表示材料杨氏模量，单位为pa；
11、所述衰减系数的计算公式为：
12、
13、其中，ω代表圆频率，单位为r/s；γ为衰减系数，单位为np/m。
14、进一步地，对于具有吸声性能的粘弹性材料，所述声学参数预测模型包括带钢背衬的水声管和设置在水声管末端的吸声试样；所述水声管内充满水，水声管外为空气，吸声试样位于所述钢背衬与水之间；
15、对于具有隔声性能的粘弹性材料，所述声学参数预测模型包括带钢背衬且管中充满水的水声管、设置在水声管中部的隔声试样，设置在水声管末端的钢背衬。
16、进一步地，对于具有吸声性能的粘弹性材料制成的小试样，其吸声系数为：
17、
18、
19、
20、其中，α为吸声系数，rp为声压反射系数；tp为声压透射系数；zn表示第n层介质的特性阻抗，n分别取1,2,3,4；amk分别表示所述声学参数预测模型中中间层总的传递矩阵a第m行k列的元素，m＝1,2；k＝1,2；
21、对于具有隔声性能的粘弹性材料制成的小试样，其隔声量为：
22、
23、
24、
25、其中，tl为隔声量；ti为声强透射系数；tp′为声压透射系数；a′mk分别表示所述声学参数预测模型中中间层总的传递矩阵a′第m行k列的元素，m＝1,2；k＝1,2。
26、进一步地，所述动态力学参数包括杨氏模量e、剪切模量g、体积模量k、纵波模量s、泊松比ν、拉米常数中的λ；对于各向同性材料，可由其中任意两个参数，通过公式换算出其余所有参数的值。
27、进一步地，不同水压下所述小试样的杨氏模量与声学参数之间的转换关系式为：
28、α(c,γ)＝1-rp(g(e),h(e))2-tp(g(e),h(e))2
29、
30、所述小试样其他任意动态力学参数与声学性能参数之间的转换关系式根据所述小试样的杨氏模量与声学参数之间的转换关系式，以及其他任意动态力学参数与所述杨氏模量之间的换算关系，求解得到。
31、本专利技术的有益效果：
32、1、本专利技术根据力学参数进行声学参数推导，克服了粘弹性材料声学参数直接测量方法高频/低频范围结果不准确、噪声影响过大以及样品制作难度大的缺点，所得的粘弹性材料声学参数更为准确。
33、2、本专利技术推导出了不同水压下粘弹性材料的动态力学参数与小试样粘弹性材料的声学性能之间的关系式，根据任意已知频率的动态力学参数即可求解对应频率的声学参数，实现了对声学性能参数的高精度定量表征，且与仿真结果非常接近，对声学覆盖层的研制提供了重要参考依据。
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1.基于水压下动态力学参数的小试样声学性能预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于水压下动态力学参数的小试样声学性能预测方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的基于水压下动态力学参数的小试样声学性能预测方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的基于水压下动态力学参数的小试样声学性能预测方法，其特征在于：
5.根据权利要求1-4任一所述的基于水压下动态力学参数的小试样声学性能预测方法，其特征在于：所述动态力学参数包括杨氏模量E、剪切模量G、体积模量K、纵波模量S、泊松比v、拉米常数中的λ；对于各向同性材料，可由其中任意两个参数，通过公式换算出其余所有参数的值。
6.根据权利要求5所述的基于水压下动态力学参数的小试样声学性能预测方法，其特征在于：不同水压下所述小试样的杨氏模量与声学参数之间的转换关系式为：
【技术特征摘要】
1.基于水压下动态力学参数的小试样声学性能预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于水压下动态力学参数的小试样声学性能预测方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的基于水压下动态力学参数的小试样声学性能预测方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的基于水压下动态力学参数的小试样声学性能预测方法，其特征在于：
5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯宏，张子璇，刘哲，徐天淇，张杰，杨建华，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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