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。     

斜入射下水中隐身夹芯复合材料附体结构声学设计

摘 要：将隐身夹芯复合材料代替附体结构钢质壳板,建立了斜入射条件下水中隐身夹芯复合材料结构的声学模型;从水声波动方程出发,推导了二维空间声波斜入射时的传递矩阵,及带空腔水附体结构的声反射系数和吸声系数表达式;对带空腔水附体结构模型进行了垂直入射声学试验,试验结果与传递矩阵法数值计算吻合较好;对试验模型进行了斜入射下声学性能数值计算,分析了入射角对反射系数和吸声系数的影响;考虑斜入射下夹芯层厚度、密度、损耗因子、及水层厚度等对隐身附体结构声学性能的影响,应用数值方法对水中隐身夹芯复合材料附体结构进行了声学设计,分析了各层材料参数和几何参数对隐身结构反射系数和吸声系数的影响规律。     

填料及空腔对聚氨酯弹性体夹芯复合结构水声性能的影响

为提高薄板均质吸声材料低频段的吸声性能,文中采用甲苯-2,4-二异氰酸酯(2,4-TDI)、聚醚二醇(PPG)和3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷(MOCA)等原料合成了25mm厚聚氨酯弹性体,对其进行填料改性和开空腔设计,并考虑到实用性,制备了聚氨酯弹性体夹芯复合结构的声学试件,在脉冲声管中测试了其反射系数和吸声系数,结果表明,云母填料改性和开空腔可以改善聚氨酯弹性体的低频吸声性能,其吸声性能还受到填料尺寸、空腔形状和空腔个数等参数的影响,因此合理地设计实验工艺参数,可以得到水下声学性能更佳的聚氨酯弹性体夹芯材料,为进一步研究水下吸声材料和吸声结构提供了理论参考。     

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。     

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。     

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...     

轻质夹层复合吸声结构的水声性能实验研究

夹层复合吸声结构具有很强的可设计性,得到广泛的应用,但以往研究的此夹层结构的吸声芯材存在密度较大的问题.为解决此问题,采用玻璃钢作为表层材料,多种空心玻璃微珠混合填充环氧树脂和聚氨酯改性环氧树脂合成的高分子吸声材料作为芯材,设计一种轻质夹层复合吸声结构.首先研究确定了表层材料的厚度,并制作了脉冲声管测试试件,根据测试结果确定芯材的合成配方,根据此配方制作了消声水池测试试件,在消声水池中测试了其吸声系数和反射系数,最后对该结构的吸声机理进行了分析,结果证明:用空心玻璃微珠填充环氧树脂和聚氨酯改性环氧树脂可以合成低密度高分子吸声材料(相对密度0.8±0.05),用其作为芯材制作的夹层复合吸声结构具有良好的吸声性能,降低夹层结构的整体重量的同时也具有很好的声隐身效果,更有利于工程的应用.     

点阵增强夹芯结构吸声复合材料制备及性能研究

采用连续纤维增强吸声芯层,并利用真空辅助成型工艺整体成型了结构吸声复合材料。采用QT/25试验机测试了结构吸声复合材料的抗平压性能、弯曲刚度;采用脉冲声管测试系统测定了结构吸声复合材料水下吸声性能。试验结果表明,吸声芯层、复合材料面板与增强结构三者复合良好、无缺陷,验证了连续纤维增强吸声芯层以及真空辅助成型工艺整体成型结构吸声复合材料技术可行性。与同类型材料相比,含点阵增强结构的材料的平压性能提高了一个数量级,弯曲刚度提高了一倍,声学性能无明显变化。     

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。     

聚氨酯弹性体的合成和水下声学性能

用甲苯-2,4-二异氰酸酯(2,4-TDI)、聚醚二醇(PPO)和3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷(MOCA)等原料合成了聚氨酯弹性体,在脉冲声管中测试了合成试样的声压反射系数和吸声系数,研究了合成工艺参数对其水下声学性能的影响。测试结果表明,TDI-PPO-MOCA合成型聚氨酯弹性体是一种良好的水下吸声材料,其吸声性能受到固化温度,扩链剂含量等参数的影响。加入填料和改变其结构可以进一步改善聚氨酯弹性体的水下声学性能,因此合理地设计实验工艺参数,可以得到水下声学性能更佳的聚氨酯弹性体。为工业生产提供了理论参考。     

水声材料研发、测试及系统开发

水声材料研发专业组隶属于杭州应用声学研究所换能器与水下声系统研发中心和国防科技工业水声计量一级站,从事水声材料研发和校准测试技术研究工作,可提供声学结构设计、硫化灌注工艺、声学性能测试、测量系统设计和丌发、消声水池工程项目等技术服务,提供无硫橡胶吸声尖劈系列、无硫橡胶吸声圆锥系列、耐压吸声术尖劈、耐压宽带反声障板、耐压吸声障板、耐压隔声构件、去耦复合材料、透声包覆层材料等产品。     

天然纤维增强复合材料吸声性能研究

采用热压成型法制备天然纤维增强复合材料层合板和蜂窝夹芯结构,利用双传声器阻抗管进行吸声性能测试,并与合成纤维增强复合材料层合板和蜂窝夹芯结构进行对比。结果表明:与合成纤维增强复合材料层合板相比,天然纤维增强复合材料层合板虽然具有更优异的吸声性能,但是仍不能满足吸声材料的要求,需通过材料设计进一步提高这种材料的吸声性能。而天然纤维增强蜂窝夹芯结构具有优异的吸声性能,吸声系数峰值高达0.4,可以被用作吸声材料。     

水下多层均匀材料垂直入射的声特性分析

采用传递矩阵方法研究了材料特性、几何参数对水下多层均匀复合结构声学性能的影响,给出了吸声系数的理论公式并开展了计算仿真。研究表明:不同橡胶材料对复合结构吸声性能有显著影响;增加复合结构层次有利于改善结构吸声特性,特别是改善低频吸声特性。     

一种小局域条件下微穿孔板吸声体吸声特性研究

在1 mm厚碳纤维增强树脂板材上制备规则圆形的微穿孔,以此为基础,制得一种夹芯微穿孔吸声体,利用阻抗管测试方法研究了小局域条件对该吸声体吸声特性的影响。试验结果表明,小背腔的加入对该吸声体的微穿孔吸声效果有强烈影响,使其微穿孔的吸声频率向高频移动、吸声系数降低;且在该情况下,未发现组合微穿孔的协同吸声效应;基于声电类比法的微穿孔吸声方程可能不适合直接用于该声学结构吸声特性的预测、设计。利用亥姆霍兹吸声公式等声学理论,形成了一种适用于该小局域条件下夹芯微穿孔吸声体的计算方法,可解决该吸声体结构参数的设计问题,为优化其吸声特性提供依据。     

复合材料夹芯圆柱壳的声辐射性能

为了量化评估两种功能型材料的声振性能,基于结构有限元(FEM)法和声学边界元(BEM)法,计算出典型环肋圆柱壳的振动声辐射,结果与文献试验值的一致性较好。进行动态热力学实验并基于温频等效原理,得到了黏弹性吸声芯材的动态力学参数;采用流体有限元法模拟水和圆柱壳的耦合作用,最后采用间接边界元法计算了点激励作用下不同功能材料夹芯壳辐射声场。结果表明:周向模态对浮力材料夹芯壳和吸声材料夹芯壳模态阻尼比均有重要的影响,轴向模态仅对吸声材料的夹芯壳模态阻尼比有显著影响;与等质量的钢壳相比,浮体材料夹芯壳的最大声功率降低21.38 d B,吸声材料夹芯壳的最大声功率降低56.55 d B;将两种功能材料按比例组合作为夹芯材料,壳体的辐射声功率随着吸声材料占比的增加而降低,但是降低的幅度不断减小。     

在含气孔粘弹媒质中非线性声传播特性

1引言: 共振型消声是实现水下吸声的一种基本形式.结构共振消声是通过在基底粘弹(通常为橡胶类粘弹材料)材料中嵌入声学结构--各种类型和大小的空腔,利用空腔的共振吸收增加损耗.本文运用等效媒质法,着重对含气孔粘弹材料的二阶非线性声场做了研究.     

D101大孔树脂颗粒/聚氨酯-环氧树脂弹性体复合材料水声吸声性能

用浇铸法制备了不同含量D101型聚苯乙烯大孔树脂颗粒改性的聚氨酯(PU)/环氧树脂(EP)(D101/PU-EP)弹性体复合材料声学试样, 并研究了该材料的水声吸声性能。基于等效夹杂原理的含涂层空心球复合泡沫材料的模量预测模型, 计算了D101/PU-EP弹性体复合材料的体积模量和剪切模量。根据计算模量和声学模型, 采用传递矩阵法对D101/PU-EP弹性体复合材料的水声性能进行了仿真, 得到了D101大孔树脂颗粒的添加量以及梯度结构对该复合材料水声性能的影响规律。运用水声材料声脉冲管系统测试了复合材料的水声声学性能(管中测试, 水背衬)。研究结果表明: D101大孔树脂颗粒能够有效改善PU-EP弹性体的水声吸声性能, 三层梯度结构的D101/PU-EP弹性体复合材料的吸声性能(D101树脂含量10%, 平均吸声系数0.53, 最大吸声系数0.64)优于同组成的单层复合材料(D101树脂含量10%, 平均吸声系数0.46, 最大吸声系数0.52)。算例验证表明, D101/PU-EP弹性体复合材料的水声性能测试结果与仿真结果基本吻合。     

填料改性聚氨酯弹性体的水声性能

用甲苯-2,4-二异氰酸酯(2,4-TDI)、聚醚二醇(PPG)和3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷(MOCA)等原料合成了聚氨酯弹性体,并用云母、空心玻璃微珠等填料进行改性,研究了填料种类、云母尺寸和空心玻璃微珠含量对该聚氨酯弹性体材料水声性能的影响。以聚氨酯弹性体材料的吸声系数和反射系数为目标函数,采用均匀设计和多元回归分析相结合的方法对混合填料掺杂改性聚氨酯弹性体材料体系进行了优化设计,制备了吸声性能优良的聚氨酯弹性体水声吸声材料。本文为聚氨酯弹性体水下吸声材料的研究提供了理论参考。     

D101大孔树脂颗粒/聚氨酯-环氧树脂弹性体复合材料水声吸声性能

用浇铸法制备了不同含量D101型聚苯乙烯大孔树脂颗粒改性的聚氨酯(PU)/环氧树脂(EP) (D101/PU-EP)弹性体复合材料声学试样,并研究了该材料的水声吸声性能.基于等效夹杂原理的含涂层空心球复合泡沫材料的模量预测模型,计算了D101/PU-EP弹性体复合材料的体积模量和剪切模量.根据计算模量和声学模型,采用传递矩阵法对D101/PU-EP弹性体复合材料的水声性能进行了仿真,得到了D101大孔树脂颗粒的添加量以及梯度结构对该复合材料水声性能的影响规律.运用水声材料声脉冲管系统测试了复合材料的水声声学性能(管中测试,水背衬).研究结果表明:D101大孔树脂颗粒能够有效改善PU-EP弹性体的水声吸声性能,三层梯度结构的D101/PU-EP弹性体复合材料的吸声性能(D101树脂含量10％,平均吸声系数0.53,最大吸声系数0.64)优于同组成的单层复合材料(D101树脂含量10％,平均吸声系数0.46,最大吸声系数0.52).算例验证表明,D101/PU-EP弹性体复合材料的水声性能测试结果与仿真结果基本吻合.     

消声水池用低频吸声尖劈的研制

在声学测量系统中 ,要求消声水池能在测量频段内达到近似自由场的声学环境 ,吸声尖劈可以对消声水池进行被动消声处理。本文介绍了一种能满足消声水池消声处理要求的低频吸声尖劈的设计要求、材料、结构设计、分布形式等