一种粘弹性材料填充的斜插板水下吸声结构

本发明属于水下吸声复合结构，具体涉及一种粘弹性材料填充的斜插板水下吸声结构。

背景技术：

1、目前，在提高消声瓦吸声性能方面已经存在一些研究，主要包括：

2、1.空腔谐振型，即在均质吸声材料中嵌入不同形状的声学空腔，声波的有效吸收是利用波形转换、空腔谐振以及吸声材料的粘性实现；

3、2.阻抗渐变型，使用不同的均质材料按照阻抗大小形成梯度复合材料时，可以有效降低声波界面处的反射，提高结构的整体吸声效率；

4、3.局域共振型，通过在较软介质中嵌入密度较大的材料，使其具有较低的共振频率，当入射声波频率与结构自身共振频率接近时，内部材料会发生剧烈震荡，并通过介质的粘滞阻力将动能转化成热能耗散掉。

5、但是以上结构在一定的厚度和具有良好的承载能力下，很难达到低频和超宽带的吸声效果，在实际的应用中受到限制。所以设计出一款具有超宽带吸声效果和优异承载性能的复合功能水下吸声结构仍然是一个挑战性的工作。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种粘弹性材料填充的斜插板水下吸声结构，用于解决传统水下消声覆盖层宽频吸声性能较差、不耐高静水压的技术问题。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种粘弹性材料填充的斜插板水下吸声结构，包括元胞，多个元胞阵列设置在底板上，每个元胞的顶部设置有第一穿孔板，元胞的内部依次嵌入设置有多个第二穿孔板，第一穿孔板垂直于元胞的壁面放置，第二穿孔板与元胞的壁面呈非垂直式放置，第一穿孔板和第二穿孔板上开有孔，孔的位置对应于元胞的轴线位置；第一穿孔板和第二穿孔板，以及多个第二穿孔板之间填充有粘弹性材料。

4、具体的，元胞包括蜂窝，第一穿孔板设置在蜂窝的顶部，第二穿孔板嵌入设置在蜂窝的内部，蜂窝与第一穿孔板和第二穿孔板之间通过焊接或胶接方式连接。

5、进一步的，蜂窝为六方形结构，蜂窝的壁面厚度为0.5～3mm。

6、具体的，第一穿孔板和第二穿孔板的厚度为0.1～3mm，总数量为3～35个。

7、具体的，第一穿孔板和第二穿孔板，以及相邻的两个第二穿孔板之间的距离为0.5～10mm。

8、具体的，第一穿孔板和第二穿孔板的中心开有半径为1～50mm的孔。

9、进一步的，孔的形状为圆形、三角形、方形、花瓣形或不规则性。

10、具体的，第二穿孔板与元胞壁面的夹角为-90～90°。

11、具体的，元胞采用四方或六方排布方式设置，每个元胞的宽度为10～60mm。

12、具体的，斜插板水下吸声结构的总厚度为20～70mm，在2～10khz实现大于0.9的宽屏吸声性能。

13、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

14、一种粘弹性材料填充的斜插板水下吸声结构，在底板上固定有若干元胞，将穿孔板焊接或胶接在元胞的壁面上，穿孔板具有一定的倾斜角，在结构内部充分填充粘弹性材料如橡胶和聚氨酯等；在不同频率声波的激励下，粘弹性材料会产生振动，由于蜂窝和穿孔板限制粘弹性材料的振动，所以粘弹性材料内部产生剪切效应，导致粘弹性材料中传播的声波由纵波转化为容易被耗散的剪切波，大大提升了粘弹性材料的声波耗散能力。另一方面，嵌入多层穿孔板后，穿孔板内部的开孔能形成一个圆锥形区域，使得能量耗散集中在此区域内，并且能量耗散值和耗散比1都得到了显著提升；除此之外，由于橡胶的振动包括压缩振动和局部振动，在不同方向上具有多种振动模式，在不同频率的声波激励下，多种振动模式的耦合提供了宽频吸声效果。

15、进一步的，蜂窝结构具有良好的力学性能，压力通过蜂窝结构传递到底板，保证了结构的承载性能。

16、进一步的，六方蜂窝壁面的厚度为0.5～3mm，为了保证结构具有一定的承载能力，六方蜂窝由金属材料或碳纤维/玻璃纤维复合材料制成。

17、进一步的，穿孔板的总数量为3～35个，穿孔板与蜂窝壁呈一定角度，不同角度的结构提供的振动模式也不同，控制着消声层的宽频吸声效果。

18、进一步的，穿孔板内部开孔半径为1～50mm，形状为圆形、三角形、方形、花瓣形或不规则性；每层的开孔尺寸可以相同或遵循递减与递增的规则变化，通过调节开孔尺寸可以改变结构的振动特性，从而调节结构的吸声性能，中心开孔的穿孔板厚度较薄，由金属材料或碳纤维/玻璃纤维复合材料制成，保证在特定频率的声波激励下能激发结构的共振。

19、进一步的，六方蜂窝的每个元胞边长为10～60mm，边长的变化会影响结构在由开孔形成的圆锥区域的能量集中耗散效应。

20、进一步的，为了保证结构具有优异的吸声能力，粘弹性材料填充的斜插板水下吸声结构的总厚度为20～70mm。

21、综上所述，本发明可用于制造水下消声覆盖层，具有优异的宽频水下吸声性能以及良好的承压能力。在设计方面，结构参数和材料参数具有很大的可调性，可根据实际工况需求进行选择，具有广泛的工程应用前景。

22、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种粘弹性材料填充的斜插板水下吸声结构，其特征在于，包括元胞，多个元胞阵列设置在底板上，每个元胞的顶部设置有第一穿孔板(2)，元胞的内部依次嵌入设置有多个第二穿孔板(3)，第一穿孔板(2)垂直于元胞的壁面放置，第二穿孔板(3)与元胞的壁面呈非垂直式放置，第一穿孔板(2)和第二穿孔板(3)上开有孔，孔的位置对应于元胞的轴线位置；第一穿孔板(2)和第二穿孔板(3)，以及多个第二穿孔板(3)之间填充有粘弹性材料(1)。

2.根据权利要求1所述的粘弹性材料填充的斜插板水下吸声结构，其特征在于，元胞包括蜂窝(1)，第一穿孔板(2)设置在蜂窝(1)的顶部，第二穿孔板(3)嵌入设置在蜂窝(1)的内部，蜂窝(1)与第一穿孔板(2)和第二穿孔板(3)之间通过焊接或胶接方式连接。

3.根据权利要求2所述的粘弹性材料填充的斜插板水下吸声结构，其特征在于，蜂窝(1)为六方形结构，蜂窝(1)的壁面厚度为0.5～3mm。

4.根据权利要求1所述的粘弹性材料填充的斜插板水下吸声结构，其特征在于，第一穿孔板(2)和第二穿孔板(3)的厚度为0.1～3mm，总数量为3～35个。

5.根据权利要求1所述的粘弹性材料填充的斜插板水下吸声结构，其特征在于，第一穿孔板(2)和第二穿孔板(3)，以及相邻的两个第二穿孔板(3)之间的距离为0.5～10mm。

6.根据权利要求1所述的粘弹性材料填充的斜插板水下吸声结构，其特征在于，第一穿孔板(2)和第二穿孔板(3)的中心开有半径为1～50mm的孔。

7.根据权利要求6所述的粘弹性材料填充的斜插板水下吸声结构，其特征在于，孔的形状为圆形、三角形、方形、花瓣形或不规则性。

8.根据权利要求1所述的粘弹性材料填充的斜插板水下吸声结构，其特征在于，第二穿孔板(3)与元胞壁面的夹角为-90～90°。

9.根据权利要求1所述的粘弹性材料填充的斜插板水下吸声结构，其特征在于，元胞采用四方或六方排布方式设置，每个元胞的宽度为10～60mm。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的粘弹性材料填充的斜插板水下吸声结构，其特征在于，斜插板水下吸声结构的总厚度为20～70mm，在2～10khz实现大于0.9的宽屏吸声性能。

技术总结本发明公开了一种粘弹性材料填充的斜插板水下吸声结构，底板上固定有若干六方蜂窝壁面，在蜂窝壁面上嵌入一系列中心开孔的穿孔板，其中穿孔板与蜂窝壁面通过焊接或胶接相连，穿孔板具有一定的倾斜角。粘弹性材料充分填充在结构内部，从而构成粘弹性材料填充的斜插板水下吸声结构。本发明可用于制造水下消声覆盖层，具有优异的宽频水下吸声性能以及良好的承压能力。在设计方面，结构参数和材料参数具有很大的可调性，可根据实际工况需求进行选择，具有广泛的工程应用前景。技术研发人员：辛锋先,蔡储祥,王啸尘受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/2/21