水下夹芯复合空腔结构声学特性试验研究

引入空腔改善夹芯复合结构低频段吸声性能。建立了三种典型水下声隐身结构声学系统模型,在数值分析吸声性能影响因素基础上,运用脉冲声管试验方法,分析了空气背衬“硬”边界条件和水背衬“软”边界条件下,有无空腔试样、不同空腔间距、空腔形状和深度对谐振吸声峰值及峰值频率等的影响。试验结果表明,空腔显著改善了夹芯复合结构低频段吸声性能;空气背衬下,空腔间距越小,首阶谐振吸声峰值越大,峰值频率越低,水背衬条件下则相反;空腔体积越大,首阶谐振吸声峰值越小,峰值频率越低。     

水下吸声夹芯复合材料的声学性能

基于水下目标消声覆盖层的承载和隐身一体化需求,通过分析水下消声材料吸声机理,设计了一种水下吸声夹芯复合材料。合理选择材料组分制备了芯材声学试样,测量了声速、复模量、损耗因子等声学参数;采用脉冲声管试验声学性能与理论计算结果一致;33mm厚聚氨酯改性环氧基微珠(PUEPM)配方试样声学性能要优于环氧基微珠吸声体(EPM),5KHz以上频段吸声系数达到0.7;样机消声水池试验表明,水背衬时夹芯吸声结构样机平均吸声系数大于0.5。     

基于粒子群算法的水下夹芯复合材料声学性能优化分析

基于粒子群演化算法理论,编写了粒子群优化计算程序,运用基准测试函数验证了优化程序的准确性。利用夹芯复合材料空腔谐振声学特性试验样本,分别建立了空气背衬和水背衬条件下的优化分析模型,进行了声学性能优化分析,确定了最优空腔个数和体积。在此基础上,利用夹芯复合微穿孔吸声材料声学特性试样样本,建立模型进行了优化分析,综合权衡了设计参数对声学特性的影响,确定了最佳共振频率和吸声带宽对应的参数范围。     

复合芯材夹芯结构成型工艺研究

为了改善复合材料夹芯结构中芯材与面板界面结合强度,研制了一种新型夹芯结构,即复合材料柱/泡沫塑料复合芯材夹芯结构.该结构中用过渡层取代胶结层,使芯材和面板为一体,芯材由泡沫塑料和柱结构组成,其中柱结构是与面板同材质的纤维增强复合材料.通过该夹芯结构的芯材结构设计、加工工具的设计、加工工艺设计,使增强材料在法向上植入芯材中,并与上下面板的增强材料连通.由于在同一个工艺过程中固化成型,构成一个整体,没有界面,从根本上改善了面板与芯材之间粘接性能薄弱问题.试验结果表明,该结构具有较高的抗层间剪切、抗平压、抗剥离及抗疲劳性能.     

水下吸声夹芯复合材料的声学性能EI北大核心CSCD

基于水下目标消声覆盖层的承载和隐身一体化需求,通过分析水下消声材料吸声机理,设计了一种水下吸声夹芯复合材料。合理选择材料组分制备了芯材声学试样,测量了声速、复模量、损耗因子等声学参数;采用脉冲声管试验声学性能与理论计算结果一致;33mm厚聚氨酯改性环氧基微珠(PUEPM)配方试样声学性能要优于环氧基微珠吸声体(EPM),5KHz以上频段吸声系数达到0.7;样机消声水池试验表明,水背衬时夹芯吸声结构样机平均吸声系数大于0.5。     

深水静压环境中夹芯结构PUEPM芯材蠕变特性实验研究

通过弹性力学分析,将深水静压环境中夹芯结构芯材力学状态与加套筒静压实验中芯材的力学状态进行对比,提出研究深水静压环境中夹芯结构黏弹性芯材蠕变特性的套筒实验方法;针对三种不同配方的聚氨酯改性环氧基微珠增强吸声体(Polyurethane Modified Epoxy Resin Sound Absorption Materials,PUEPM)芯材开展准静态套筒压缩实验和加套筒蠕变实验,得到了芯材的蠕变性能。结果表明:玻璃微珠含量较低,短切纤维含量较高的分层PUEPM芯材具备较好的蠕变性能;玻璃微珠含量越大,芯材变形回弹性能越好;B型PUEPM芯材具备较好的综合力学性能。     

高空低温环境对无人机复合材料及夹芯结构性能的影响

针对高空长航时无人机UAV面临的-82℃低温环境,开展低温温度对T700/LT-03A复合材料及夹芯结构的性能影响研究。研究结果表明,低温下复合材料及夹芯结构强度均随温度降低而升高,T700/LT-03A复合材料-82℃时的拉伸强度为2 500 MPa、层间剪切强度为115 MPa、冲击损伤强度CAI保持在150 MPa。其原因是低温下碳纤维的横向收缩比树脂基体小,界面摩擦力得到增强,从而获得高的界面粘接强度。-70℃低温循环后泡沫和蜂窝夹芯结构强度剪切数据分别为2.6 MPa、2.2MPa。低温试验结果表明T700/LT-03A复合材料及夹芯结构在低温下保持了较好的整体承载能力。     

复合材料点阵夹芯结构的换热特性

采用FLUENT软件模拟了受一恒定温度载荷的复合材料点阵夹芯结构在辅助流体强制对流作用下的热行为和热传输特性。对流体的压力场、速度场、温度场等场分布规律及特征进行了分析, 详细地阐述了点阵夹芯结构本身的构型对胞元内近壁流动和热传输类型的影响。采用雷诺数Re、努塞尔数Nu、压降损失系数K_Cell三个以胞元特征长度为度量的无量纲参数对结构的换热性能进行了表征与评价; 并引入温度最小渗透率、最大渗透率和水平渗透率的概念, 更加直观地表征结构的换热性能。结果表明, 强制对流下结构的换热性能明显提高, 有利于其轻质多功能化的实现。      

基于声学黑洞的复合隔声结构声学特性研究及试验

声学黑洞(Acoustic Black Hole,ABH)能够实现声波的聚集,通过粘贴阻尼层将其聚集的能量耗散,可有效降低声学黑洞复合结构的振动和声波的传递。针对中低频段噪声,设计了声学黑洞复合隔声结构,建立了其隔声量计算模型。研究了声学黑洞复合隔声结构的黑洞数量、黏弹性阻尼层、声学黑洞半径等参数对隔声性能的影响。研究结果表明：在160~1 000 Hz频率范围内,ABH能明显增加复合隔声结构的隔声性能,其传递损失在1/3倍频程内增加了1.9 dB。文中的研究结果为复合隔声结构的设计提供了借鉴。     

泡沫夹芯复合材料水声性能预测研究

针对泡沫夹芯复合材料声学测试的实际情况,建立了耦合声学有限元法的计算模型,针对计算模型进行了算例验证。结果表明,模型的预测值与试验值趋势吻合较好,计算方法是有效且可行的,可以用于预测泡沫夹芯复合材料的声学性能。同时,研究了与面板和芯材有关的四个参数对夹芯复合材料声学性能的影响规律。     

聚合物的水声声衰减能力与动态力学性能的关系

以描述高分子材料粘弹行为的三元模型为出发点,以声波在高分子介质中的传播理论为依据,推导出了材料的水声声衰减能力与材料的动态力学性能参数包括损耗因子、松弛前的剪切模量、松弛后的剪切模量以及材料的密度和厚度之间的关系式。为实验验证所推导的关系式,设计合成了一系列阻尼性能不同的聚合物,分别测试了它们的动态力学性能和声衰减能力。用材料的动态力学性能参数计算得到的水声声衰减系数与实验测得的声衰减能力相符合。该数学模型为找出吸声系数与材料的动态力学性能之间的关系、指导水声材料设计奠定了基础。     

水下覆盖层结构的声学特性分析

根据波动理论应用分层分析的方法得到了不同入射角度、不同背衬情况时声波在水下覆盖层结构中的吸声、反射系数以及透射损失等,并数值计算了不同入射角度下三种背衬条件下的透射损失,分析表明:声波垂直入射时透射损失性能最差;水背衬时水下覆盖层结构的透射损失低频时很小,中高频时急剧增加;单壳背衬低频时壳体本身起主要的吸收作用;中高频时水下覆盖层结构的吸收作用逐渐明显;双层壳背衬时其透射损失频响曲线出现谐振峰,削弱水下覆盖层结构的声学性能,总体来说,敷设非均匀结构要优于敷设均匀结构。     

环氧树脂基轻质芯材夹层复合吸声结构的水声性能

用玻璃纤维、乙烯基树脂、环氧树脂和空心玻璃微珠等为原料合成了环氧树脂基轻质夹层复合吸声结构(EPS),在脉冲声管和消声水池中测试了EPS试件的反射系数和吸声系数,测试结果表明,EPS的水声性能受到芯材基体比例、聚醚胺固化剂含量及分层比例等工艺参数的影响,通过合理控制这些参数,可以使芯材相对密度0.8±0.05、厚度25...     

蜂窝夹层复合材料压缩损伤声发射特征研究

应用声发射技术对蜂窝夹层复合材料压缩损伤过程进行了实验研究。分析载荷与声发射信号经历图,依据其损伤过程和声发射特征,发现随着加载载荷的增加,复合材料的损伤逐步增大。在加载初始阶段,仅有少量声发射信号,各种表征信号量小幅度增加;在加载中期,声发射信号增多,各种表征信号量不断增大;在加载后期,声发射信号明显突增,各种表征信号量急剧增加。复合材料压缩损伤破坏与声发射的幅值、能量、撞击、上升时间、持续时间和计数等参量相关。蜂窝夹层复合材料试件的应力-应变曲线近似为直线,应变速率与声发射信号特征相互对应。     

结构参数对树脂基纤维编织复合材料折叠夹芯结构力学性能的影响

折叠夹芯结构是一种新型的复合材料夹芯结构,其结构参数对力学性能有重要的影响。文中以碳纤维和Kevlar平纹编织预浸料为芯材原料,采用热压工艺,制备了复合材料折叠夹芯结构试样。通过压缩试验得到不同条件下折叠夹芯结构在静态压缩载荷作用下的力-位移变化曲线。构建了复合材料折叠夹芯结构有限元模型,对不同结构参数复合材料折叠夹芯的力学性能进行了数值模拟分析,并将模拟结果与实验结果进行对比验证了模型的可靠性。实验及数值模拟的分析结果表明,随着芯材厚度的增加,折叠夹芯层的压缩强度呈线性增加,其破坏形式由假塑性变形逐渐向脆性破坏转化;面板对夹芯层的约束作用能够极大地提高压缩模量和强度,而且上下面板对压缩性能曲线有着不同的影响;折叠夹芯单元的高度、长度、折叠夹角等参数对其力学性能具有不同程度的影响。     

泡沫夹芯复合材料力学性能与水声性能综合设计初探

采用Matlab编程,利用经典梁理论和夹层板理论构建了弹性模量、压缩强度等材料参数与泡沫夹芯复合材料弯曲刚度和压缩强度的关系,利用传递矩阵法构建了纵波声速、衰减系数、损耗因子等材料参数与泡沫夹芯复合材料水中插入损失的关系。在此基础上,利用NSGA-II多目标优化算法开展了力学与水声综合设计,初步获得了实用的泡沫夹芯复合材料力学与水声性能综合设计方法。     

水下声学超材料研究

声学超材料在空气中应用的研究已经很多,通过对其声学负参数的研究可以实现负折射、 声隐身、 波束控制以及超分辨成像等功能.声学超材料在空气中的良好应用也让更多的研究者们聚焦水下声学超材料(简称水声超材料)声聚焦、声透射等的研究,其在水下的研究涉及到流固耦合以及模式转换的影响,会更加复杂.水下研究的主要难题有尺度大、低频性...     

直孔三明治结构GDC-LSF双相复合透氧膜制备和性能研究

致密陶瓷透氧膜因在氧气制备和涉氧化工过程中的潜在重要应用而备受关注。本研究采用相转化流延/叠层/烧结工艺制备了三明治结构Gd_0.1Ce_0.9O_2–δ-La_0.6Sr_0.4FeO_3–δ(GDC-LSF)双相复合陶瓷透氧膜,其中部为起氧分离作用、厚度80μm的致密功能层,两侧为厚度420μm的直孔结构支撑层。采用浸渍法在支撑层内壁修饰Nd₂NiO_4+δ(NNO)纳米颗粒。在膜的一侧通入空气,另一侧通入氦气作为载气,测得900℃时氧渗透通量高达1.53 mL·cm^-2·min^-1。将氦气切换为CO₂,测得氧渗透通量为0.6mL·cm^-2·min^-1,氧渗透在长达90h的时间内保持稳定。该透氧膜经历70余次热循环(800～900℃)后仍保持完好。本研究表明:直孔三明治结构GDC-LSF透氧膜具有良好的氧渗透性能、...     

空心结构短切碳纤维散射特性研究

在相同质量分数下空心碳纤维相对实心碳纤维数量更多,可以形成更致密的网络结构,因而有更好的应用特性.为了研究空心结构短切碳纤维的散射特性,基于有限元方法,推导了支配方程,对单根纤维建立仿真模型,并进行区域离散和设定边界条件,建立方程组并求解出碳纤维表面电场的分布情况.计算结果表明,相同外直径下,空心碳纤维表面电场强度比实心碳纤维小;空心碳纤维表面电场强度随着直径、壁厚和电导的增大而增大.