[发明专利]正弦隔板填充粘弹性材料水下吸声结构

说明书

本发明提供了一种正弦隔板填充粘弹性材料水下吸声结构，包括底板，底板上刚性连接有若干等距分布的正弦弯曲隔板，正弦弯曲隔板之间填充有密度为500 kg/m3~1000kg/m3粘弹性材料；记正弦弯曲隔板高度为h，则相邻正弦弯曲隔板之间间距为4h/5，正弦弯曲隔板的厚度t=h/60~h/6。由于粘弹性材料的剪切损耗远大于压缩损耗，所以可以大幅度提升粘弹性材料的声波损耗能力。正弦隔板提供了更大的表面积以及弯曲的路径增加了声波传播的距离，故可以在很大程度上提升粘弹性材料的吸声性能。另一方面，正弦隔板与底板连接，使得结构具有一定的承载能力，进一步改善了结构的耐水压能力。

技术领域

本发明涉及水下吸声复合结构设计领域，具体是一种正弦隔板填充粘弹性材料水下吸声结构。

背景技术

与空气环境下的吸声结构相比，由于水中声速较大以及水粘性较小等原因，水下吸声一直是一个比较困难的问题。水下吸声常采用粘弹性材料，粘弹性材料如橡胶或聚氨酯等由高分子材料组成，在声波的激励下分子链之间相互摩擦从而产生能量损耗。由于低频声波的穿透能力强，所以在吸收低频声波时需要更厚的厚度或在内部引入共振结构，如Alberich型吸声覆盖层在内部引入空腔，利用空腔的谐振提升低频的吸声性能。但随着声纳的不断发展以及人类探测深度的不断增加，此类材料已经不能满足人类的需要。因此通过结构的设计提升粘弹性材料的声能损耗能力以及实现具有承压能力的水下吸声结构具有重要的工程应用前景。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种正弦隔板填充粘弹性材料水下吸声结构,通过结构的合理设计提高粘弹性材料水下吸声性能，解决了宽频吸声性能较差的难题。

本发明包括底板，底板上刚性连接有若干等距分布的正弦弯曲隔板，正弦弯曲隔板之间填充有密度为500kg/m3～1000kg/m3粘弹性材料；所述的正弦弯曲隔板以底面中点为远点横向为x轴，其方程为x＝A·sin(B·πy)；记正弦弯曲隔板高度为h，则相邻正弦弯曲隔板之间间距为4h/5，正弦弯曲隔板的厚度t＝h/60～h/6。

进一步改进，所述的粘弹性材料为聚氨酯类粘弹性材料，波声速为200m/s～1200m/s，横波损耗因子为0.01～0.09；纵波声速为30m/s～300m/s，纵波损耗因子在0.7以上。

进一步改进，所述的正弦弯曲隔板高度h＝30mm～60mm。

进一步改进，所述的正弦弯曲隔板采用金属材料或纤维复合材料。

本发明有益效果在于：

1、由于正弦隔板与底板相连，并且钢性较大，故假设正弦隔板不会因声波的扰动而振动。粘弹性材料在声波的激励下发生振动，由于隔板的存在，靠近隔板的粘弹性材料振动受到约束，而远离隔板的材料振动相对比较剧烈，从而在粘弹性材料中产生很强的剪切作用。由于粘弹性材料的剪切损耗远大于压缩损耗，所以可以大幅度提升粘弹性材料的声波损耗能力。正弦隔板提供了更大的表面积以及弯曲的路径增加了声波传播的距离，故可以在很大程度上提升粘弹性材料的吸声性能。另一方面，正弦隔板与底板连接，使得结构具有一定的承载能力，进一步改善了结构的耐水压能力。

2、阻尼材料为聚氨酯类粘弹性材料，在结构中起主要吸声作用，剪切波损耗因子为0.6及以上，以保证对声波能量具有足够的损耗能力。

3、为了保证隔板与粘弹性材料之间的声阻抗失配，并且具有一定的承载能力，正弦隔板选取可以为钢、铝等金属或碳纤维及玻璃纤维等复合材料。

4、通过改变正弦隔板函数曲线形式，增加粘弹性材料与刚性壁面的接触面积，增加粘弹性材料的剪切作用，改变声波的传播路径，增加传播距离最终实现结构吸声系数的提高，使粘弹性材料中声波的损耗最大化，更好的实现对声波的吸收，提高结构的吸声性能。