[发明专利]复合材料减震降噪抗冲击性能一体化测试仪及测试方法

权利要求书

1.复合材料减震降噪抗冲击性能一体化测试仪的测试方法，其特征在于：复合材料减震降噪抗冲击性能一体化测试仪包括混响箱(2)、消声箱(1)及上下箱体支撑连接台体(17)、大功率高音号角(10)及前置功率放大器和纯后级功率放大器、多组压电陶瓷(18)及压电陶瓷驱动电源、弹丸离心加速弹射装置(13)和多组弹丸传感器(11)、可伸缩式支撑框架(4)、蛇形可伸缩细管(15)、激光位移传感器(6)、高速摄像头(7)、多个声压传感器(5)、弹丸回收装置(8)和数据采集仪；

所述消声箱(1)底部设有矩形开口，四周和顶面均采用多层吸声结构，其内、外层均为钢板，在中间填充玻璃纤维棉作为吸声材料，且与外层钢板之间保留一定厚度的空气层；在消声箱的前面还开有矩形门框(3)，矩形门框(3)中配置有隔声门；

所述混响箱(2)采用多层阻尼结构，顶部设有矩形开口，其内、外层也为钢板，在中间填充细沙阻尼材料，且与外层钢板之间保留一定厚度的空气层；在混响箱(2)前、后、左、右四周内壁上安装不同半径的球顶面(9)，实现混响箱(2)内声能密度处处相等；在混响箱(2)的前面还开设矩形门框(3)；在混响箱(2)的顶部留有矩形开口，框状压板夹具(14)的下板固定在混响箱(2)内部，上板浮动以便适应不同厚度的板材，且需对复合材料板试件的四边及相应的框状压板夹具打孔；

所述混响箱(2)和消声箱(1)两个箱体通过螺栓组进行连接，也可分开使用，需要分开使用时，通过上下箱体支撑连接台体(17)封闭箱体，混响箱(2)或消声箱(1)，装入到上下箱体支撑连接台体(17)上即可；

所述可伸缩式支撑框架(4)上布置非接触式激光位移传感器、多个传声器和高速摄像头，和数据采集仪配合使用后，记录被测复合材料的振动、噪声声压和冲击变形的时域数据，并经过数据处理后获取动刚度、吸声系数、隔声系数和冲击阻抗参数；

所述高音号角(10)的发声表面为矩形平面，其发声表面被安装在混响箱的底面，用以提供能量充足、激励强度和激励频率可控的噪声激励信号；

所述压电陶瓷(18)作为激振器使用，每组压电陶瓷在不使用时，都被固定在蛇形可伸缩细管(15)内部前端的卡扣上，压电陶瓷的导电线也分布在蛇形可伸缩细管(15)中，蛇形可伸缩细管(15)可折叠收缩于混响箱四周内壁的孔通道中，通过多组孔通道，可实现压电陶瓷与压电陶瓷驱动电源的输出端相连接，并借助密封塞(16)对孔通道进行密封；当需要进行振动激励时，通过高强度粘合剂将多组压电陶瓷粘贴在被测MLFLHL复合材料试件的下表面，蛇形可伸缩细管则可固定在混响箱的四周内壁上，可尽量保证混响箱内部的均匀声场；

所述弹丸离心加速弹射装置(13)是一个小型高速旋转装置，集成在上述的混响箱外面，通过金属软管将离心装置和喷射管(12)连接，通过离心加速后实现弹射，并对复合材料板进行任意点的冲击激励，弹丸传感器(11)内部安装传感器，预埋有无线发射装置，其接收端与数据采集仪相连，便于采集弹丸传感器冲击时的冲击接触力；改变离心加速的转速，可以控制弹射冲击的激励能量大小，可以造成被测复合材料的变形或贯穿冲击；当冲击速度较小时，弹丸传感器（11）掉落在下箱体的底部的弹丸回收装置中；当冲击速度较大时，复合材料被弹丸传感器贯穿冲击后，弹丸传感器（11）射入消声箱上部的弹丸回收装置(8)，被其捕获；

所述弹丸回收装置(8)固定在消声箱的上表面和混响箱的下表面，主要为由聚醚多乙醇，泡沫稳定剂，催化剂、发泡剂、开孔剂制成的泡沫状固体，可对弹射装置发出的弹丸传感器（11）起到回收保护的作用；

复合材料减震降噪抗冲击性能一体化测试仪的测试方法，具体包括如下步骤：

（1）将被测的MLFLHL复合材料试件安装放入框状压板夹具中并拧紧螺栓固定；

（2）分别将振动、噪声以及冲击激励的激励源布置到位并调整至待命状态；

通过高强度粘合剂将多组压电陶瓷粘贴在被测复合材料试件的下表面，控制数据采集仪的信号输出通道发出脉冲激励信号，经过压电陶瓷驱动电源放大处理后，根据逆压电效应原理，实现对多组压电陶瓷的振动激励幅度和频率的控制，进而对被测复合材料试件产生多点振动激励效果，在调试完毕后，关闭激励信号，处于待命状态；

控制数据采集仪的第二信号输出通道，发出激励频率范围可控的随机激励信号，在经过前置功率放大器和纯后级功率放大器后，将该信号与高音号角的输入端相连，激发高音号角产生随机噪声激励效果，并经过调试后，达到制定的噪声激励幅度和频率范围，此时，关闭激励信号，处于待命状态；

启动弹丸离心加速弹射装置并调整其达到所需要的旋转速度，保持装置的高速稳定旋转，使弹丸传感器处于待弹射状态；

（3）分别布置位移传感器、多个声压传感器和高速摄像头到关注的测点位置，以便于有效获取被测复合材料试验的振动响应、声压信号以及冲击变形及响应信号，通过数据采集仪的输入通道与上述传感器相连，并实现不同信号的实时记录和保存；

将弹丸回收装置位置至预定弹着点附近，准备接收弹丸传感器；

（4）开展噪声激励，按照激励幅度从小到大，随机频率范围从小到大的原则，在不同的测试参数下开展实验，并通过激光位移传感器、多个声压传感器记录被测复合材料薄板在单独噪声激励下的噪声辐射声压、振动响应性能，并评价其在不同噪声激励测试参数下的减振降噪效果；

（5）开展振动激励，按照激励点数从少到多，激励幅度从小到大，激励频率范围从小到大的原则，在不同的测试参数下开展实验，并通过激光位移传感器、多个声压传感器记录被测复合材料薄板在单独振动激励下的噪声辐射声压、振动响应性能，并评价其在不同振动激励测试参数下的减振降噪效果；

（6）最后，按照先进行噪声激励，再进行振动激励，最后进行冲击激励的顺序进行减振降噪抗冲击一体化测试，在不同的测试参数下开展实验，并通过激光位移传感器、多个声压传感器和高速摄像头记录不同类型的数据，并对关键指标进行计算，全面、准确地评价减振降噪抗冲击性能；

按照激励幅度从小到大，随机频率范围从小到大的原则，按照不同测试参数的随机噪声激励，并利用多个声压传感器测试两个箱体内的噪声声压，最终获得被测复合材料试件的在不同激励幅度、频率范围的吸声系数、隔声系数；

按照激励点数从少到多，激励幅度从小到大，激励频率范围从小到大的原则，控制多组压电陶瓷产生脉冲振动激励，通过激光位移传感器测试；通过对信号进行时域VMD分析处理和频谱分析处理，分别获得对数衰减率、各阶阻尼比、各阶动刚度；

按照冲击激励速度从小到大的顺序，在不同的冲击激励位置开展冲击激励测试，通过高速摄像头录制被测复合材料试件的损伤面积、凹坑深度，并通过力传感器测量冲击阻抗、绘制冲击接触力-结构位移曲线。