[發明專利]阻尼層修飾的穿孔夾層板水下寬帶吸聲結構

有效

• 申請號: 202010484686.1
• 申請日: 2020-06-01
• 公開（公告）號: CN111739500B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 盧天健;辛鋒先;段明宇;于晨磊
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;西安交通大學
• 主分類號: G10K11/162
• 分類號: G10K11/162;G10K11/172;B32B1/08;B32B3/12;B32B3/26;B32B7/12;B32B15/01;B32B15/06;B32B15/095;B32B25/04;B32B27/06;B32B33/00;B32B15/18
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 韓天宇

本發明提供了一種阻尼層修飾的穿孔夾層板水下寬帶吸聲結構，通過焊接或膠接穿孔上面板、蜂窩層芯、下面板，形成四個蜂窩共振腔單元，并在蜂窩共振腔單元的側壁和底面上粘貼阻尼層，改善了結構的聲阻抗特性，提高了結構的低頻寬帶吸聲性能。通過將該結構進行陣列，可以得到任意尺寸的吸聲結構，以便于適應不同的應用環境。輕質蜂窩夾層板結構在實現良好的低頻寬帶水下吸聲性能的前提下，減輕了結構重量，保證了結構承載性能。進一步的，穿孔上面板由結構鋼制成，上面開有四個小孔，結構鋼的應用使結構具有良好的承載性能。

技術領域

本發明涉及水下吸聲領域，具體是一種阻尼層修飾的穿孔夾層板水下寬帶吸聲結構。

背景技術

聲學超材料是一種人工周期性復合結構，具有不同于天然材料的超常規聲學特性，如聲聚焦、負折射、單向透射、聲隱身等。此外，深亞波長尺度結構對低頻聲波的高效吸收也是聲學超材料的重要特殊性質之一。在空氣聲學中，通過空間纏繞或層級穿孔的結構設計，可以實現基于亥姆霍茲共振原理的高效吸收。通過具有不同幾何參數的多個單元的并行連接，其中一些結構也表現出寬頻帶吸收能力。但在水聲學中，由于水的近似不可壓縮性和相對較小的粘性，依賴于空氣的粘性能量耗散的超材料將不再適用。此外，在相同頻率下，水中的聲波波長是空氣的4倍以上，這使得通過小尺寸結構實現低頻的完全吸收變得更加困難。而傳統的水下吸聲材料/結構，例如具有周期性排布的空腔的吸聲覆蓋層、局域共振型聲子晶體、阻抗漸變型吸聲覆蓋層等材料/結構，其基體大多為橡膠或聚氨酯，實際工作時需粘貼在水下裝備的鋼制外殼上，一方面增加了結構重量，另一方面承載性能較差，在深水載荷作用下易發生變形，從而削弱其吸聲性能。綜合來看，上述結構普遍存在低頻寬帶吸聲性能不佳、質量較重、承載性能差的問題。

發明內容

本發明為了解決現有技術的問題，提供了一種阻尼層修飾的穿孔夾層板水下寬帶吸聲結構,?解決傳統水下吸聲結構在普遍存在低頻寬帶吸聲性能不佳、質量較重、承載性能差的問題。

本發明采用以下技術方案：

一種阻尼層修飾的穿孔夾層板水下寬帶吸聲結構，包括四個蜂窩腔體元胞，通過將該結構進行陣列，可以得到任意尺寸的吸聲結構，以便于適應不同的應用環境。其中每個元胞包括穿孔上面板、蜂窩層芯、阻尼層和下面板，穿孔上面板、蜂窩層芯、下面板通過焊接或膠接相連，阻尼層粘貼于每一個蜂窩共振腔單元的側壁和底面上，形成一種阻尼層修飾的穿孔夾層板水下寬帶吸聲結構。

本發明通過焊接或膠接穿孔上面板、蜂窩層芯、下面板，形成四個蜂窩共振腔單元，并在蜂窩共振腔單元的側壁和底面上粘貼阻尼層，改善了結構的聲阻抗特性，提高了結構的低頻寬帶吸聲性能。通過將該結構進行陣列，可以得到任意尺寸的吸聲結構，以便于適應不同的應用環境。輕質蜂窩夾層板結構在實現良好的低頻寬帶水下吸聲性能的前提下，減輕了結構重量，保證了結構承載性能。進一步的，穿孔上面板由結構鋼制成，上面開有四個小孔，結構鋼的應用使結構具有良好的承載性能。

進一步的，穿孔上面板上每一個小孔對應蜂窩層芯結構中的一個蜂窩共振腔單元，穿孔的設置將使蜂窩單元內部與外部連通，水通過穿孔流入蜂窩單元內部，形成亥姆霍茲共振腔。

進一步的，穿孔的直徑為2~8mm，形狀為圓形、三角形、方形、花瓣形或不規則形，穿孔的直徑決定了穿孔內水柱的直徑，通過調節穿孔直徑可以改變結構的亥姆霍茲共振特性，從而調節結構的吸聲性能。

進一步的，穿孔上面板的厚度為2~5mm，上面板的厚度一方面決定了穿孔內水柱的高度，控制著結構的共振吸聲特性，另一方面可以調節結構的承載性能。

具體的，蜂窩層芯由結構鋼制成，形狀為方形蜂窩、圓形蜂窩、三角形蜂窩、六方蜂窩或多尺寸多形狀的混雜蜂窩，蜂窩層芯用于承受壓縮載荷，此外，蜂窩壁將結構分割為多個單元，可以實現不同單元的差異化尺寸設計，形成多個共振頻率，增加結構的吸聲帶寬。

進一步的，蜂窩內邊長為30~50mm，蜂窩腔體作為亥姆霍茲共振腔，起到了聲容的作用，通過調整蜂窩內邊長，可以控制結構的峰值吸聲頻率。