CN110942760A - 一种基于功能梯度板的水下声学覆盖层 - Google Patents

一种基于功能梯度板的水下声学覆盖层 Download PDF

Info

Publication number
CN110942760A
CN110942760A CN201911098101.6A CN201911098101A CN110942760A CN 110942760 A CN110942760 A CN 110942760A CN 201911098101 A CN201911098101 A CN 201911098101A CN 110942760 A CN110942760 A CN 110942760A
Authority
CN
China
Prior art keywords
covering layer
functional gradient
gradient plate
coating layer
cavity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911098101.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110942760B (zh
Inventor
靳国永
师康康
叶天贵
王雪仁
薛亚强
李欣
高晟耀
唐宇航
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Engineering University
Original Assignee
Harbin Engineering University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Engineering University filed Critical Harbin Engineering University
Priority to CN201911098101.6A priority Critical patent/CN110942760B/zh
Publication of CN110942760A publication Critical patent/CN110942760A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110942760B publication Critical patent/CN110942760B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/162—Selection of materials
    • G10K11/168—Plural layers of different materials, e.g. sandwiches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B25/00—Layered products comprising a layer of natural or synthetic rubber
    • B32B25/04—Layered products comprising a layer of natural or synthetic rubber comprising rubber as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/30—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by a layer formed with recesses or projections, e.g. hollows, grooves, protuberances, ribs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B33/00—Layered products characterised by particular properties or particular surface features, e.g. particular surface coatings; Layered products designed for particular purposes not covered by another single class
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/172—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using resonance effects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/10—Properties of the layers or laminate having particular acoustical properties
    • B32B2307/102—Insulating

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

本发明提供的是一种基于功能梯度板的水下声学覆盖层。包括覆盖层，所述的覆盖层包括外覆盖层(1)和内覆盖层(3)，还包括功能梯度板(2)，外覆盖层(1)和内覆盖层(3)铺设在功能梯度板(2)的两侧实现三者耦合，内覆盖层(3)内有周期性空腔。内覆盖层中空腔的阻抗与聚氨酯吸声橡胶相差极大，声波在空腔边界发生反射，不仅可以增加声波传播距离、有效地降低声波的透射，使得声波反射到外覆盖层中进行二次能量耗散，提高整体覆盖层结构的吸声性能；此外，空腔结构还可以产生共振吸收，沿微孔或间隙进入的声波能够引起空腔内部的空腔的粘滞阻力，使振动能量转化为热能耗散掉。

Description

一种基于功能梯度板的水下声学覆盖层
技术领域
本发明涉及的是一种减振降噪材料，具体地说是一种应用在水下航行器表面的声学覆盖层结构。
背景技术
近些年，声学覆盖层的声学特性研究已经成为了一个热门的研究领域，随着声呐探测技术的发展和进步，声学覆盖层向着低频，宽频吸声的研究方向发展，以满足水下航行器的声学技术需求。
随着声学超材料这一概念的提出，由于其特有的物理特性，声学超材料在减振降噪领域得到了广泛的应用，但是其在水下吸、隔声方向的应用研究比较少见。从已公开的文献可以看出，传统的声学超材料的确具有较好的吸声性能，但是其吸声频率范围较窄，仅在共振频率附近，这难以达到水下航行器的声学技术要求。
综上所述，传统的声学材料由于其吸声频带较窄限制了其在水下吸声方面的应用，为此，设计一种带有功能梯度板的组合空腔耦合共振型水下声学覆盖层来改善传统声学超材料的这一不足是非常有必要的，然而，查阅国内外文献，并未发现相关方面的研究工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好的降噪效果的基于功能梯度板的水下声学覆盖层。
本发明的目的是这样实现的：
包括覆盖层，所述的覆盖层包括外覆盖层1和内覆盖层3，还包括功能梯度板2，外覆盖层1和内覆盖层3铺设在功能梯度板2的两侧实现三者耦合，内覆盖层(3)内有周期性空腔。
本发明还可以包括：
1.所述空腔的形状为圆柱、圆台或方柱。
2.外覆盖层1和内覆盖层3的材质均为聚氨酯吸声橡胶；功能梯度板2是由两种或两种以上的材料复合而成。
3.功能梯度板2各材料的属性沿厚度方向呈连续梯度变化，通过改变功能梯度板的材料组分比，调节功能梯度板的动力学特性。
4.功能梯度板是由铝和氧化锆陶瓷复合而成。
本发明提供了一种基于功能梯度板的水下声学覆盖层，该覆盖层具有良好的降噪效果，特别是针对特定频率的入射声波的降噪效果良好。
本发明的基于功能梯度板的水下声学覆盖层结构，从声波入射方向，该覆盖层依次由外覆盖层1、功能梯度板2、内覆盖层3组成。外覆盖层1和内覆盖层3主要材质均为聚氨酯吸声橡胶，内覆盖层3有周期性空腔结构。功能梯度板2由2种或多种材料复合而成。
功能梯度板2各材料属性沿厚度方向呈连续梯度变化，可按所需吸声频段调配。
内覆盖层3具有周期性空腔结构。
本发明的声学作用机理简述如下：
声波从外覆盖层1一侧入射，由于外覆盖层1的声阻抗与水介质的声阻抗非常接近，声波更容易进入到声学覆盖层内部，不在表面发生反射；而聚氨酯吸声材料的阻尼性能优异，声能在弹性驰豫、内摩擦等作用下转化为热能耗散。
在外覆盖层1的背后敷设的内覆盖层3，内覆盖层3中空腔的阻抗与聚氨酯吸声橡胶相差极大，声波在空腔边界发生反射，不仅可以增加声波传播距离、有效地降低声波的透射，使得声波反射到外覆盖层中进行二次能量耗散，提高整体覆盖层结构的吸声性能；此外，空腔结构还可以产生共振吸收，沿微孔或间隙进入的声波能够引起空腔内部的空腔的粘滞阻力，使振动能量转化为热能耗散掉。
外覆盖层1和内覆盖层3通过功能梯度板2实现耦合，功能梯度板2增强了在特定频率下声学覆盖层的共振，增强了声波的能量耗散。
附图说明
图1为本发明基于功能梯度板的水下声学覆盖层结构示意图。
图2为功能梯度板的梯度指数P对整体覆盖层吸声性能的影响规律关系图。
图3为材料的物理参数。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细的描述。
结合图1，本发明的基于功能梯度板的水下声学覆盖层，声波沿图中箭头方向入射，该覆盖层依次由外覆盖层1、功能梯度板2、内覆盖层3三部分组成。外覆盖层1和内覆盖层3主要材质均为聚氨酯吸声橡胶。内覆盖层3具有周期性排列的空腔结构，空腔形状可为圆柱、圆台、方柱等。内覆盖层3粘贴在水下航行器外表面。
功能梯度板2以铝、氧化锆陶瓷为基材进行复合，，还可以是铜、氧化铝；铜、氧化硅为基材进行复合等。在厚度方向连续改变这两种基材的体积分数，使该板材的整体材料属性沿厚度方向具有不同的梯度变化规律，以获得不同的动力学特性。功能梯度板2密度越大，声学覆盖层共振频率越低，对应的第一吸声峰频率也就越低。
下面通过仿真计算对本发明的声学特性做更详细的分析：
本例中覆盖层的材料选取聚氨酯，功能梯度板的基材选取铝和氧化锆陶瓷，各材料参数如图3的表1所示，外覆盖层和内覆盖层的厚度均为0.03m,功能梯度板的厚度为0.01m，内覆盖层中圆柱型空腔的半径和高度分别为0.012m和0.02m。通过对本发明的声学特性进行仿真计算，当梯度指数P＝0时，功能梯度板退化为各向同性的均质铝板，当梯度指数P→∞时，功能梯度板退化为各向同性的均质陶瓷板。通过改变两种基材的体积分数，使该板材的整体材料属性沿厚度方向按不同的梯度规律变化，计算结果如图2所示，随着梯度指数的增大，覆盖层的吸声峰介于两种极限(P＝0,P→∞)情况之间向低频移动。因此本发明可以按需改变这两种基材的体积分数来改变功能梯度板的动力学特性从而调节覆盖层的吸声频率范围，实现覆盖层吸声频率范围的可调性。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (5)

1.一种基于功能梯度板的水下声学覆盖层，包括覆盖层，其特征是：所述的覆盖层包括外覆盖层(1)和内覆盖层(3)，还包括功能梯度板(2)，外覆盖层(1)和内覆盖层(3)铺设在功能梯度板(2)的两侧实现三者耦合，内覆盖层(3)内有周期性空腔。
2.根据权利要求1所述的基于功能梯度板的水下声学覆盖层，其特征是：所述空腔的形状为圆柱、圆台或方柱。
3.根据权利要求2所述的基于功能梯度板的水下声学覆盖层，其特征是：外覆盖层(1)和内覆盖层(3)的材质均为聚氨酯吸声橡胶；功能梯度板(2)是由两种或两种以上的材料复合而成。
4.根据权利要求3所述的基于功能梯度板的水下声学覆盖层，其特征是：功能梯度板(2)各材料的属性沿厚度方向呈连续梯度变化，通过改变功能梯度板的材料组分比，调节功能梯度板的动力学特性。
5.根据权利要求4所述的基于功能梯度板的水下声学覆盖层，其特征是：功能梯度板是由铝和氧化锆陶瓷复合而成。
CN201911098101.6A 2019-11-12 2019-11-12 一种基于功能梯度板的水下声学覆盖层 Active CN110942760B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911098101.6A CN110942760B (zh) 2019-11-12 2019-11-12 一种基于功能梯度板的水下声学覆盖层

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911098101.6A CN110942760B (zh) 2019-11-12 2019-11-12 一种基于功能梯度板的水下声学覆盖层

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110942760A true CN110942760A (zh) 2020-03-31
CN110942760B CN110942760B (zh) 2022-12-13

Family

ID=69907688

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911098101.6A Active CN110942760B (zh) 2019-11-12 2019-11-12 一种基于功能梯度板的水下声学覆盖层

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110942760B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112562622A (zh) * 2020-12-11 2021-03-26 哈尔滨工程大学 一种含有梯度变化圆柱空腔的低频吸声覆盖层
CN114104234A (zh) * 2021-11-30 2022-03-01 浙江大学 覆盖层漫反射式吸声超结构单元及超结构
CN116477028A (zh) * 2023-04-26 2023-07-25 上海交通大学 一种用于水下航行器的局部小曲率半径翼型结构

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090166127A1 (en) * 2007-12-17 2009-07-02 Airbus Deutschland Gmbh Sandwiich panel for sound absorption
EP2236286A1 (en) * 2008-02-14 2010-10-06 Nagoya Oilchemical Co., Ltd. Sound absorbing skin material and sound absorbing material utilizing the same
JP2011010795A (ja) * 2009-07-01 2011-01-20 Konica Minolta Medical & Graphic Inc 超音波探触子およびそれを備えた超音波診断装置
US20110108359A1 (en) * 2008-07-17 2011-05-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Impact and sound absorbing material and sound absorbing structure
CN102354493A (zh) * 2011-05-27 2012-02-15 哈尔滨工程大学 可控型水下吸声板
CN102398030A (zh) * 2011-12-08 2012-04-04 大连理工大学 一种弹性波阻抗匹配与阻尼吸收梯度材料的制备方法
CN103539482A (zh) * 2013-11-07 2014-01-29 陈松 一种超微孔陶瓷吸声材料及其制备方法
CN104230279A (zh) * 2014-09-15 2014-12-24 江苏鑫国精密模具有限公司 一种吸声材料
CN104629217A (zh) * 2015-02-14 2015-05-20 青岛科技大学 一种隔音材料及其制备方法
CN105006226A (zh) * 2015-07-30 2015-10-28 贵州大学 一种圆柱空腔组合型吸声覆盖层
CN105063541A (zh) * 2015-08-13 2015-11-18 马鞍山蓝科再制造技术有限公司 一种具有吸音隔热功能的热障涂层及其制作方法
CN105906370A (zh) * 2016-04-18 2016-08-31 上海应用技术学院 一种呈现孔径梯度分布的三维网络多孔陶瓷的制备方法
CN108520739A (zh) * 2018-03-28 2018-09-11 贵州大学 一种基于局域共振原理的阻抗渐变型声学覆盖层
CN108544824A (zh) * 2018-03-29 2018-09-18 浙江大学 一种利于船舶水下减振吸声的声学覆盖层
CN109071926A (zh) * 2016-04-25 2018-12-21 花王株式会社 用于减振材料的聚酯树脂成形组合物

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090166127A1 (en) * 2007-12-17 2009-07-02 Airbus Deutschland Gmbh Sandwiich panel for sound absorption
EP2236286A1 (en) * 2008-02-14 2010-10-06 Nagoya Oilchemical Co., Ltd. Sound absorbing skin material and sound absorbing material utilizing the same
US20110108359A1 (en) * 2008-07-17 2011-05-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Impact and sound absorbing material and sound absorbing structure
JP2011010795A (ja) * 2009-07-01 2011-01-20 Konica Minolta Medical & Graphic Inc 超音波探触子およびそれを備えた超音波診断装置
CN102354493A (zh) * 2011-05-27 2012-02-15 哈尔滨工程大学 可控型水下吸声板
CN102398030A (zh) * 2011-12-08 2012-04-04 大连理工大学 一种弹性波阻抗匹配与阻尼吸收梯度材料的制备方法
CN103539482A (zh) * 2013-11-07 2014-01-29 陈松 一种超微孔陶瓷吸声材料及其制备方法
CN104230279A (zh) * 2014-09-15 2014-12-24 江苏鑫国精密模具有限公司 一种吸声材料
CN104629217A (zh) * 2015-02-14 2015-05-20 青岛科技大学 一种隔音材料及其制备方法
CN105006226A (zh) * 2015-07-30 2015-10-28 贵州大学 一种圆柱空腔组合型吸声覆盖层
CN105063541A (zh) * 2015-08-13 2015-11-18 马鞍山蓝科再制造技术有限公司 一种具有吸音隔热功能的热障涂层及其制作方法
CN105906370A (zh) * 2016-04-18 2016-08-31 上海应用技术学院 一种呈现孔径梯度分布的三维网络多孔陶瓷的制备方法
CN109071926A (zh) * 2016-04-25 2018-12-21 花王株式会社 用于减振材料的聚酯树脂成形组合物
CN108520739A (zh) * 2018-03-28 2018-09-11 贵州大学 一种基于局域共振原理的阻抗渐变型声学覆盖层
CN108544824A (zh) * 2018-03-29 2018-09-18 浙江大学 一种利于船舶水下减振吸声的声学覆盖层

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BRICE IVIRA，ET AL.: "Self-heating study of bulk acoustic wave resonators under high RF power", 《IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICS, AND FREQUENCY CONTROL》 *
王兆宏等: "用于声波调控的五模式超材料", 《光电工程》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112562622A (zh) * 2020-12-11 2021-03-26 哈尔滨工程大学 一种含有梯度变化圆柱空腔的低频吸声覆盖层
CN114104234A (zh) * 2021-11-30 2022-03-01 浙江大学 覆盖层漫反射式吸声超结构单元及超结构
CN114104234B (zh) * 2021-11-30 2023-08-08 浙江大学 覆盖层漫反射式吸声超结构单元及超结构
CN116477028A (zh) * 2023-04-26 2023-07-25 上海交通大学 一种用于水下航行器的局部小曲率半径翼型结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN110942760B (zh) 2022-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110956946B (zh) 一种带有功能梯度板的耦合共振型水下声学覆盖层
CN110942760B (zh) 一种基于功能梯度板的水下声学覆盖层
CN108731838B (zh) 一种声学材料结构及其与声辐射结构的组装方法
KR101626093B1 (ko) 반복적으로 나열되어 있는 강체 벽을 포함하는 흡음재.
CN108133700A (zh) 一种声学黑洞减振降噪装置
CA2583465A1 (en) Composite acoustic attenuation materials
JP5125729B2 (ja) 弾性波素子と、これを用いたフィルタ及び電子機器
CN105803965A (zh) 一种宽频带吸声单元板
CN202380598U (zh) 一种轻质高性能双层隔声结构及其隔声板
Dong et al. Review of underwater sound absorption materials
CN217467983U (zh) 一种基于声学黑洞效应的隔声吸声结构
Huang et al. Sound-absorbing materials
Ma et al. Ultrathin Space‐Shift Phase‐Coherent Cancellation Metasurface for Broadband Sound Absorption
Liu et al. Sound absorption of several various nickel foam multilayer structures at aural frequencies sensitive for human ears
Wang et al. A composite perforated partitioned sandwich panel with corrugation for underwater low-frequency sound absorption
CN210668062U (zh) 一种应用于变压器油箱内壁的约束阻尼复合降噪结构
Gaafer Perfect absorption for modulus-near-zero acoustic metamaterial in air or underwater at low-frequency
CN116913238A (zh) 一种基于多孔吸声材料的梯度耦合声学超结构及设计方法
CN113808563B (zh) 一种含有参数呈梯度变化圆柱形散射体的低频吸声覆盖层
CN110853609B (zh) 一种基于多层散射体与空腔耦合共振的水下声学覆盖层
CN212447375U (zh) 汽车舱内隔音垫
CN115547285A (zh) 一种兼顾耐压与吸声性能的水下声学覆盖层
CN114139411B (zh) 一种通过软材料增强低频宽带吸声性能的方法
Lin et al. Improvement of sound transmission loss of double-layer wall by using vibration absorber
CN214946029U (zh) 一种带散射体的声子晶体减振环

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant