一种含半径梯度变化振子和包覆层的局域共振吸声结构

本发明属于水下吸声覆盖层领域，具体涉及一种含半径梯度变化振子和包覆层的局域共振吸声结构。

背景技术：

1、现行趋势下，粘弹性复合材料被广泛应用于水下航行器或水下消声层等结构中，以吸收多余的声音或实现声隐身；

2、根据不同的吸声机理和实际应用需求，人们研究开发了多种水声材料或结构；

3、其中，用于水声吸收的局部共振超材料，通常是由基体中的软材料层和致密的金属球体或圆柱体振子组成的。软涂层和振子形成散射共振，在声波波长远大于散射体的尺寸甚至远大于散射体之间间距的低频处产生透射衰减或停止带，在水下低频吸声方面有着广泛的应用前景。

4、现有技术中，较为常见的局域共振结构包括：多个同轴局部谐振单元叠加的局域共振结构(2021.超薄宽带低频水声元吸收器.zhang yanni,cheng li.)。该结构通过在弹性体基体中嵌入薄且厚度渐变的圆弹性板散射体来实现低频段的水下吸声效果。利用厚度呈梯度变化的圆弹性板和背衬，丰富了吸声结构内部的局部和耦合共振模式，但缺点是有效吸声频段在低频，中高频段吸声系数较小；采用多同轴谐振单元嵌套的局域共振结构(2019.具有多层局部共振散射体的声学超材料的水声吸收性能.shi k,jin g,liu r,yetg,xue yq.)。该结构通过在基体结构中嵌入多层局部谐振散射体，提高了整体结构的带宽和平均吸声系数，但缺点是在低频段的吸声系数较小。

技术实现思路

1、本发明要解决现有技术中由于不能兼顾吸声覆盖层低频段与高频段吸声性能，无法满足复杂环境应用需求的问题，提供一种含半径梯度变化振子和包覆层的局域共振吸声结构。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

3、一种含半径梯度变化振子和包覆层的局域共振吸声结构，包括：

4、吸声层1和基层2；

5、所述吸声层1中的同一水平面内嵌有阵列排列的单层圆台形的振子包覆层3；

6、相邻的、且呈阵列排列的所述振子包覆层3之间的间距相等；

7、且相邻振子包覆层3之间的连线相互垂直或平行；

8、每个所述振子包覆层3中嵌有纵向排列的四个圆柱振子4；

9、上、下相邻的所述振子4之间垂直距离相等、且呈排列状的所述振子的半径随所处水平位置梯度变化；

10、所述振子包覆层3与所述圆柱振子4的轴线重合且与所述基层2垂直；

11、所述吸声层1的下底面设有所述基层2，以使得所述吸声层1和所述基层2形成一体结构。

12、优选地：

13、所述吸声层1的厚度为70mm；

14、所述振子包覆层3的厚度为60mm，上底面半径为45mm，下底面半径为15mm，下底面距基层上表面垂直距离为5mm；

15、两相邻振子包覆层3的间距为120mm。

16、优选地：

17、所述圆柱振子4的厚度为10mm、且自上而下排列的第一个振子半径为36mm，第二个振子半径为28mm，第三个振子半径为20mm，第四个振子半径为12mm，振子间距为4mm，第四个振子下表面距基层上表面垂直距离为4mm；

18、所述基层2的厚度为5mm。

19、优选地：

20、所述振子包覆层3材料为室温硫化型硅橡胶；

21、所述吸声层振子4材料为钢；

22、所述吸声层1基体材料为高分子黏弹性材料；

23、所述基层2的材料为钢。

24、优选地：

25、所述室温硫化型硅橡胶密度为1300kg/m3，杨氏模量为0.002×(1+0.3i)gpa，泊松比为0.46。

26、优选地，所述高分子黏弹性材料密度为1100kg/m3，杨氏模量为0.029×(1+0.4i)gpa，泊松比为0.49。

27、优选地，所述钢密度为7890kg/m3，杨氏模量为209gpa，泊松比为0.28。

28、本发明具有以下的有益效果：

29、本发明可以通过较小的尺寸得到低频宽带的吸声性能，适用于低频减振降噪方面的应用，将吸声系数在0.5以上的频带扩大至430-1550hz，并使2000hz以上中高频段的吸声系数仍能维持在0.3以上，可以获得较好的低频宽带声吸收效果，兼顾中高频段的吸声性能；

30、局域共振结构的包覆层半径和振子半径采用梯度变化设计能够有效增加吸声频带宽度，适用于低频宽带减振降噪方面的应用。

技术特征：

1.一种含半径梯度变化振子和包覆层的局域共振吸声结构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的含半径梯度变化振子和包覆层的局域共振吸声结构，其特征在于：

3.如权利要求2所述的含半径梯度变化振子和包覆层的局域共振吸声结构，其特征在于：

4.如权利要求3所述的含半径梯度变化振子和包覆层的局域共振吸声结构，其特征在于，所述振子包覆层(3)材料为室温硫化型硅橡胶；

5.如权利要求4所述的含半径梯度变化振子和包覆层的局域共振吸声结构，其特征在于，所述室温硫化型硅橡胶密度为1300kg/m3，杨氏模量为0.002×(1+0.3i)gpa，泊松比为0.46。

6.如权利要求4所述的含半径梯度变化振子和包覆层的局域共振吸声结构，其特征在于，所述高分子黏弹性材料密度为1100kg/m3，杨氏模量为0.029×(1+0.4i)gpa，泊松比为0.49。

7.如权利要求4所述的含半径梯度变化振子和包覆层的局域共振吸声结构，其特征在于，所述钢密度为7890kg/m3，杨氏模量为209gpa，泊松比为0.28。

技术总结本发明属于水下吸声覆盖层领域，具体涉及一种含半径梯度变化振子和包覆层的局域共振吸声结构，主要用于解决了水下吸声领域兼具高吸声性能宽吸声频带的技术问题。所述吸声层结构的下底面设有基层，形成一体结构；局域共振结构的包覆层半径和振子半径采用梯度变化设计能够有效增加吸声频带宽度，适用于低频宽带减振降噪方面的应用；本发明可以通过较小的尺寸得到低频宽带的吸声性能，适用于低频减振降噪方面的应用，结构简单，可设计性强，可以获得较好的低频宽带声吸收效果。技术研发人员：胡博,陈骋,高金童,张揽月,张昊阳,李松,时洁受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学技术研发日：技术公布日：2024/5/9