手性聲學(xué)覆蓋層結(jié)構(gòu)降噪機(jī)理及實驗研究.pdf

1、艦船聲隱身技術(shù)是提高艦船生存能力的重要手段。本文在探索項目“抗沖擊隔聲瓦研究”和自然科學(xué)基金項目“手性覆蓋層水下隔聲抑振機(jī)理研究”的支持下，針對加筋板結(jié)構(gòu)聲輻射特性，提出在加筋板濕表面敷設(shè)柔性芯層聲學(xué)覆蓋層，將聲輻射面從加筋板高聲輻射法向振速分布，轉(zhuǎn)變?yōu)楦采w層表面低聲輻射法向振速分布，實現(xiàn)加筋板特定頻段上聲輻射抑制的方法。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計新型手性聲學(xué)覆蓋層，并進(jìn)行振動和聲輻射實驗研究。主要完成以下幾個方面的工作：
　　（1）建立敷

2、設(shè)和不敷設(shè)柔性芯層覆蓋層的加筋板聲振耦合簡化和等效模型，并通過模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析方法，研究空氣和水中柔性芯層覆蓋層協(xié)調(diào)變形機(jī)理及其作用機(jī)制，探討覆蓋層和加筋板參數(shù)匹配方法。研究結(jié)果表明，加筋板高聲輻射模態(tài)，經(jīng)過柔性芯層傳遞后，轉(zhuǎn)變?yōu)楦采w層表面低聲輻射射模態(tài)，從而實現(xiàn)加筋板結(jié)構(gòu)聲輻射抑制。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了柔性芯層覆蓋層，并分析其振動隔離和聲輻射抑制特性，分析結(jié)果表明，兩連接手性結(jié)構(gòu)具有將縱向振動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)振動能力；在相同的耐壓性下，兩

3、韌帶手性結(jié)構(gòu)芯層覆蓋層具有較好的低頻聲輻射抑制性能。
　　（2）為改善柔性芯層聲學(xué)覆蓋層聲輻射抑制性能，基于周期結(jié)構(gòu)理論和有限元方法，分析幾何尺寸和局域共振子對手性單胞禁帶特性的影響機(jī)制，討論與禁帶相對應(yīng)的手性結(jié)構(gòu)和局域共振子振動模態(tài)特征，并建立對應(yīng)局域共振機(jī)理的禁帶起始頻率計算模型。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建手性周期覆蓋層和梯度手性覆蓋層，并分析其振動隔離和聲輻射抑制特性。結(jié)果表明，在禁帶區(qū)域上，手性周期結(jié)構(gòu)能抑制加筋板振動并阻隔振動向覆

4、蓋層表面?zhèn)鬟f，降低覆蓋層濕表面振動，并能改變覆蓋層表面振動形狀，降低覆蓋層濕表面聲輻射效率，從而降低結(jié)構(gòu)聲輻射。此外，開展填充和不填充局域共振子手性周期結(jié)構(gòu)振動傳遞性實驗，對局域共振機(jī)理進(jìn)行了驗證。
　　（3）基于上述研究，針對水面艦船加筋結(jié)構(gòu)，設(shè)計橡膠材料手性周期多孔聲學(xué)覆蓋層?；谟邢拊椒ń⑹中远嗫赘采w層模型，并分析菱形排列和方形排列手性多孔覆蓋層協(xié)調(diào)變形結(jié)構(gòu)降噪特性、禁帶特性和阻尼效應(yīng)。結(jié)果表明，菱形排列手性多孔覆蓋層低

5、頻結(jié)構(gòu)降噪性能相對較高。
　　（4）在手性多孔覆蓋層結(jié)構(gòu)降噪設(shè)計的基礎(chǔ)上，研究手性多孔覆蓋層在艦船結(jié)構(gòu)降噪中的應(yīng)用。基于漸進(jìn)均勻化理論，建立手性多孔覆蓋層等效彈性模量計算模型，并對其進(jìn)行算例驗證。應(yīng)用手性覆蓋層等效彈性參數(shù)，建立敷設(shè)手性多孔覆蓋層艦船聲輻射預(yù)報模型，分析手性多孔覆蓋層的聲輻射抑制性能。結(jié)果表明，與實心橡膠層相比，手性多孔覆蓋層的結(jié)構(gòu)降噪性能較高。
　?。?）在手性覆蓋層機(jī)理及應(yīng)用研究基礎(chǔ)上，制備橡膠材料手性多