[发明专利]阻尼层修饰的穿孔夹层板水下宽带吸声结构

说明书

本发明提供了一种阻尼层修饰的穿孔夹层板水下宽带吸声结构，通过焊接或胶接穿孔上面板、蜂窝层芯、下面板，形成四个蜂窝共振腔单元，并在蜂窝共振腔单元的侧壁和底面上粘贴阻尼层，改善了结构的声阻抗特性，提高了结构的低频宽带吸声性能。通过将该结构进行阵列，可以得到任意尺寸的吸声结构，以便于适应不同的应用环境。轻质蜂窝夹层板结构在实现良好的低频宽带水下吸声性能的前提下，减轻了结构重量，保证了结构承载性能。进一步的，穿孔上面板由结构钢制成，上面开有四个小孔，结构钢的应用使结构具有良好的承载性能。

技术领域

本发明涉及水下吸声领域，具体是一种阻尼层修饰的穿孔夹层板水下宽带吸声结构。

背景技术

声学超材料是一种人工周期性复合结构，具有不同于天然材料的超常规声学特性，如声聚焦、负折射、单向透射、声隐身等。此外，深亚波长尺度结构对低频声波的高效吸收也是声学超材料的重要特殊性质之一。在空气声学中，通过空间缠绕或层级穿孔的结构设计，可以实现基于亥姆霍兹共振原理的高效吸收。通过具有不同几何参数的多个单元的并行连接，其中一些结构也表现出宽频带吸收能力。但在水声学中，由于水的近似不可压缩性和相对较小的粘性，依赖于空气的粘性能量耗散的超材料将不再适用。此外，在相同频率下，水中的声波波长是空气的4倍以上，这使得通过小尺寸结构实现低频的完全吸收变得更加困难。而传统的水下吸声材料/结构，例如具有周期性排布的空腔的吸声覆盖层、局域共振型声子晶体、阻抗渐变型吸声覆盖层等材料/结构，其基体大多为橡胶或聚氨酯，实际工作时需粘贴在水下装备的钢制外壳上，一方面增加了结构重量，另一方面承载性能较差，在深水载荷作用下易发生变形，从而削弱其吸声性能。综合来看，上述结构普遍存在低频宽带吸声性能不佳、质量较重、承载性能差的问题。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种阻尼层修饰的穿孔夹层板水下宽带吸声结构, 解决传统水下吸声结构在普遍存在低频宽带吸声性能不佳、质量较重、承载性能差的问题。

本发明采用以下技术方案：

一种阻尼层修饰的穿孔夹层板水下宽带吸声结构，包括四个蜂窝腔体元胞，通过将该结构进行阵列，可以得到任意尺寸的吸声结构，以便于适应不同的应用环境。其中每个元胞包括穿孔上面板、蜂窝层芯、阻尼层和下面板，穿孔上面板、蜂窝层芯、下面板通过焊接或胶接相连，阻尼层粘贴于每一个蜂窝共振腔单元的侧壁和底面上，形成一种阻尼层修饰的穿孔夹层板水下宽带吸声结构。

本发明通过焊接或胶接穿孔上面板、蜂窝层芯、下面板，形成四个蜂窝共振腔单元，并在蜂窝共振腔单元的侧壁和底面上粘贴阻尼层，改善了结构的声阻抗特性，提高了结构的低频宽带吸声性能。通过将该结构进行阵列，可以得到任意尺寸的吸声结构，以便于适应不同的应用环境。轻质蜂窝夹层板结构在实现良好的低频宽带水下吸声性能的前提下，减轻了结构重量，保证了结构承载性能。进一步的，穿孔上面板由结构钢制成，上面开有四个小孔，结构钢的应用使结构具有良好的承载性能。

进一步的，穿孔上面板上每一个小孔对应蜂窝层芯结构中的一个蜂窝共振腔单元，穿孔的设置将使蜂窝单元内部与外部连通，水通过穿孔流入蜂窝单元内部，形成亥姆霍兹共振腔。

进一步的，穿孔的直径为2~8mm，形状为圆形、三角形、方形、花瓣形或不规则形，穿孔的直径决定了穿孔内水柱的直径，通过调节穿孔直径可以改变结构的亥姆霍兹共振特性，从而调节结构的吸声性能。

进一步的，穿孔上面板的厚度为2~5mm，上面板的厚度一方面决定了穿孔内水柱的高度，控制着结构的共振吸声特性，另一方面可以调节结构的承载性能。

具体的，蜂窝层芯由结构钢制成，形状为方形蜂窝、圆形蜂窝、三角形蜂窝、六方蜂窝或多尺寸多形状的混杂蜂窝，蜂窝层芯用于承受压缩载荷，此外，蜂窝壁将结构分割为多个单元，可以实现不同单元的差异化尺寸设计，形成多个共振频率，增加结构的吸声带宽。

进一步的，蜂窝内边长为30~50mm，蜂窝腔体作为亥姆霍兹共振腔，起到了声容的作用，通过调整蜂窝内边长，可以控制结构的峰值吸声频率。