[发明专利]一种直柱型点阵增强局域共振型水下吸声结构

说明书

本发明公开了一种直柱型点阵增强局域共振型水下吸声结构，包括元胞，元胞为正方体型结构，元胞内周期性排布有多个用于吸声的局域共振体，多个元胞阵列设置构成直柱型点阵增强局域共振型水下吸声结构。本发明结构具有优异的吸声性能，良好的耐水压性能，同时实现了水下吸声结构的轻量化设计，是一种承载‑吸声‑轻量化的多功能一体化结构。

技术领域

本发明属于水下吸声技术领域，具体涉及一种直柱型点阵增强局域共振型水下吸声结构。

背景技术

声波是目前唯一能够在水下远距离传输信息的通信方式，因此对于水下探测器、潜航器等设备的减震降噪一直以来都是一个重大的工程问题。Alberich型吸声覆盖层和局域共振型声子晶体作为两种典型的水下吸声结构，近年来得到了广泛的研究与应用。与Alberich型吸声覆盖层相比，局域共振型声子晶体具有更加耐压的结构形式和更宽的吸声频带范围，因此局域共振型声子晶体具有广泛的工程应用空间。

以上所述局域共振型声子晶体，即为一种在具有阻尼作用的弹性固体介质中内嵌周期性排布的局域共振体的水下吸声结构。一般来说，该结构被铺设在水下设备的钢制外壳上用于吸收水下声波。在水下低频声波的激励下，结构中的局域共振体将作为质量块，弹性固体介质将作为阻尼和弹簧形成一个弹簧振子系统，通过压缩和膨胀引起声能的损耗；在中频段，由于局域共振体的振动会造成四周介质的剪切作用，造成波形转换；此外，在声波频率较高时，波在传播过程中遇到局域共振体时在界面上会发生阻抗失配，造成声波的散射，以上即为局域共振型声子晶体的吸声机理。目前对于局域共振型声子晶体的研究大多体现在其结构设计以及吸声性能的优化和改善。研究人员们通过理论计算、数值模拟、实验等手段，并结合各种不同的优化算法对局域共振型声子晶体的吸声性能进行了计算，使其吸声性能得到了很大的提升，能够实现低频、宽带的强吸声。但以上研究中都没有考虑静水压力对结构声学性能的影响。由于一些大型水下设备的工作环境处于深水区域，因此在静水压力的作用下，弹性阻尼层会发生很大的变形，这将会对结构的声学性能造成极大的影响，甚至会使结构发生失效。

尽管局域共振型声子晶体具有吸声频带较宽的特点，但在实际工程应用中其还存在以下问题：

(1)不具有承载效果，需要铺设在钢板上，其与钢板的总质量较大，不利于轻量化的设计要求；

(2)在静水压力的作用下会发生大的变形，其声学性能会受到影响，甚至发生失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种直柱型点阵增强局域共振型水下吸声结构，解决传统局域共振型声子晶体在高静水压下发生变形，并引发声学性能下降甚至失效的难题。

本发明采用以下技术方案：

一种直柱型点阵增强局域共振型水下吸声结构，包括元胞，元胞为正方体型结构，元胞内周期性排布有多个用于吸声的局域共振体，多个元胞阵列设置构成直柱型点阵增强局域共振型水下吸声结构。

具体的，元胞包括上下两个面板，两个面板通过四个呈正方形周期性排布的杆件连接构成正方体型结构，两个面板之间设置有阻尼层，局域共振体设置在阻尼层内。

进一步的，面板的厚度为2～3mm。

进一步的，面板和杆件均采用树脂基碳纤维复合材料或树脂基玻璃纤维复合材料制成。

进一步的，阻尼层的厚度为32～45mm。

进一步的，阻尼层采用橡胶或聚氨酯制成，橡胶或聚氨酯的等效各向同性损耗因子大于等于0.3。

进一步的，杆件与上下两个面板分别垂直连接，杆件的直径为2～3mm，相邻两个杆件的轴距为32～45mm。

具体的，局域共振体的半径为4～7mm。

具体的，相邻两个局域共振体的间距为1～2mm，上下两层局域共振体的间距为0.5～2mm。