[发明专利]一种阻抗增强穿孔蜂窝板水下吸声超材料结构

说明书

本发明公开了一种阻抗增强穿孔蜂窝板水下吸声超材料结构，蜂窝层芯内间隔设置有多个蜂窝共振腔单元，每个蜂窝共振腔单元内部的侧壁和底面上设置有阻尼内衬层，蜂窝层芯的顶部设置有穿孔上面板，穿孔上面板上对应蜂窝共振腔单元周期性的开有小孔，蜂窝层芯的底部设置有下面板，穿孔上面板、蜂窝层芯和下面板连接形成阻抗增强穿孔蜂窝板水下吸声超材料结构。本发明具有优异的低频宽带吸声性能以及良好的承载性能和轻量化性能。在设计方面具有更多的可调结构参数，可根据实际工况需求进行相应调节，结构简单，易于制造。

技术领域

本发明属于声学超材料技术领域，具体涉及一种阻抗增强穿孔蜂窝板水下吸声超材料结构。

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完美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完美吸收。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。

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，提供一种阻抗增强穿孔蜂窝板水下吸声超材料结构，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：

一种阻抗增强穿孔蜂窝板水下吸声超材料结构，包括蜂窝层芯，蜂窝层芯内间隔设置有多个蜂窝共振腔单元，每个蜂窝共振腔单元内部的侧壁和底面上设置有阻尼内衬层，蜂窝层芯的顶部设置有穿孔上面板，穿孔上面板上对应蜂窝共振腔单元周期性的开有小孔，蜂窝层芯的底部设置有下面板，穿孔上面板、蜂窝层芯和下面板连接形成阻抗增强穿孔蜂窝板水下吸声超材料结构。

具体的，每个小孔对应蜂窝层芯结构中的一个蜂窝共振腔单元，小孔的直径为1.5～5mm。

具体的，小孔的形状包括圆形，三角形、方形、花瓣形或不规则形。

进一步的，小孔在穿孔上面板上交替排布。

具体的，蜂窝层芯的内边长为25～45mm，蜂窝层芯的厚度为25～45mm。

进一步的，蜂窝层芯的形状包括方形蜂窝，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。

具体的，阻尼内衬层的厚度为1～3mm。

进一步的，阻尼内衬层采用粘弹性材料制备而成。

具体的，穿孔上面板采用结构钢制成，厚度为1.5～2.5mm。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种阻抗增强穿孔蜂窝板水下吸声超材料结构，通过焊接或胶接穿孔上面板、蜂窝层芯、下面板，形成多个蜂窝共振腔单元，并在蜂窝共振腔单元的侧壁和底面上粘贴阻尼内衬层，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。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，解决了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。