水声材料声振特性的驻波管测量方法

提出了一种基于驻波管的测量方法,以获得水声材料在静水压条件下的声学和振动特性参数。设计了带有气压补偿功能的低频发射换能器,作为驻波管的声源,通过水柱将换能器的平面活塞振动耦合到水面下的被测样品。在被测样品背衬上安装加速度计,测量样品背面振速;同时在管壁中嵌入一对水听器,测量水柱声压。导出样品声波入射面的振速和声压,进而计算出样品前表面和背衬面之间的振速传递系数(去耦系数)、样品的输入阻抗和声压反射系数。建立低频驻波管测试系统,声管尺寸为内径300 mm、外径600 mm、高3 m,工作频率范围100~1000 Hz,利用水层样品和多层穿孔橡胶样品开展了实验研究。实验结果显示,测量数据与仿真计算数据吻合较好,验证了测量方法的有效性。

压电复合材料梯度分布声学特性研究

目前,压电复合材料在吸声降噪领域应用广泛,但其低频吸声性能并不理想。为解决此问题,以0-3型压电复合材料为研究对象,提出使压电陶瓷体积含量呈梯度分布以提高其低频吸声系数的方法。首先,基于声电类比法和传递矩阵法,推导多梯度分布的理论公式,并通过文献构型对其进行验证;其次,将均匀分布与梯度分布的吸声系数进行比较,发现梯度分布会改变材料的声阻抗,从而改变吸声系数。最后,进行梯度分布压电复合材料数值分析,结果表明,同等条件下,当压电陶瓷体积含量呈梯度递减,且梯度差和第一梯度的厚度增加时,可明显提高低频吸声系数。

一种基于气泡群的低频主动声呐目标模拟器设计

为了在水声测试过程中提供尺寸小、成本低、应用灵活、低频和高目标强度的目标模拟器,文中根据水中气泡群具有强散射这一特性,提出了一种面向主动声呐试验的气泡群模拟器设计方法。基于等效介质理论(Effective Medium Theory,EMT)建立了气泡群声散射模型。首先将气泡群划分成立方体网格,然后应用图像处理方法获取立方体网格内气泡群的尺寸分布函数,接着使用EMT计算了每个立方体网格中的声反射系数和声波入射到立方体网格中产生的衰减,最后利用声波叠加原理计算了模拟器的反向散射目标强度。不同参数下的数值分析结果表明,气泡群尺寸分布函数呈伽马分布时,目标强度较高;目标强度随着尺寸分布区间减小和孔隙率增大而变大;共振频率随孔隙率增大而降低。结合气泡群孔隙率分布模型,文中给出了一组在低频时具有较高目标强度的小尺寸模拟器设计参数,可供相关设计者参考。

嵌入金属填充物的复合结构声学覆盖层吸声特性研究

设计一种在声波入射端为半无限大水域工况下使用的,内含圆柱空腔、钨板以及铝制框架的复合结构声学覆盖层。利用仿真软件建立其有限元模型,对比该复合结构覆盖层与仅含空腔结构覆盖层的声学特性,同时通过两种覆盖层的位移云图对两者的位移变化特点及相应吸声机理进行分析,随后探究覆盖层的几何参数对其吸声性能的影响。研究表明,若以吸声系数0.95作为标准,该复合结构声学覆盖层具有8568 Hz的吸收范围,具有宽带、高吸声的特点。

水声材料构件声学特性自由场宽带测量装置

介绍一套新建的水声材料构件声学特性自由场宽带测量装置,在开放消声水池中测量水声材料构件大面积样品的复声压反射系数(回声降低)、复声压透射系数(插入损失)和吸声系数,为研究和评定声纳水下声系统、潜艇声隐身等项目所用的水声材料构件设备声学特性提供了标准测试/校准系统。装置应用了宽带压缩脉冲叠加法和宽带指向性声源,最低测量频率为1 kHz,典型大面积样品尺寸为1.6 m×1.8 m。利用不锈钢标准样品进行了验证试验,声学性能测量结果和理论值比较显示装置具有良好的测量精度,测量数据准确可靠。

去耦隔声层性能数值分析

本文主要对隔声去耦材料的隔声性能进行研究,用传递矩阵方法推导了多层结构去耦材料的输入阻抗、相应的透射系数和插入损失的公式,对隔声去耦材料的插入损失频谱进行数值分析与仿真计算。分析表明:去耦材料的隔声性能受材料声速、损耗因子、密度以及层数、每层厚度等参数影响,增加材料的损耗因子和结构层数、降低声速,材料的插入损失值会显著提高;而且增加层数还可大大改善材料的低频隔声性能,并能拓宽隔声频带。

声管中的宽带脉冲法的水声材料吸声系数测量

现有的水声管吸声系数测量的脉冲法,由于水声管高度的限制,存在低频限制。提出了基于"后置""逆滤波的宽带脉冲声测试方法,在测量获得系统的传递函数后,换能器发射宽频短脉冲信号,然后对接收到的标准反射体和待测样本的反射信号分别进行逆滤波处理,恢复未经传递系统"污染"的反射信号,计算待测样品的反射系数和吸声系数。仿真实验分析了"后置"逆滤波相对于传统"前置"逆滤波的在低频测试方面优势。对橡胶材料样品进行了实验测试,无论在低频段还是中高频段,宽带脉冲法和CW(Continuous Wave)脉冲法测试结果均吻合较好。宽带脉冲法是一种有效的测试方法,其低频测试能达到350 Hz,能有效拓展低频测试范围。

水下均匀复合层结构的声特性研究

应用声传递矩阵法,对水下典型复合层吸声结构在全入射角下的低频声学特性进行了研究,推导了多层结构的反射、透射系数的计算公式,并用数值方法进行求解,根据计算结果具体分析了材料参数、背衬形式、声入射角度对结构声学特性的影响。通过分析可以看出,水下吸声层的应用效果不仅取决于自身的材料特性,还与背衬结构及入射角度有很大关系。

水深与腔型对隔声去耦瓦吸声系数的影响

针对水下非均匀阻尼板与多层介质组成的吸声结构进行了研究.基于非均匀波导理论,导出了含空腔隔声去耦瓦的传递矩阵及多层结构表面吸声系数.采用Ansys软件计算了去耦瓦空腔结构在不同静水压力作用下的变形情况,最终得到了含空腔结构隔声去耦瓦的吸声系数随静水压力及腔体形状的变化特性.结果表明,隔声去耦瓦的吸声性能与空腔大小密切相关,是影响其声学特性的主要因素之一;随着水深的增加,隔声去耦瓦的低频吸声性能降低,在实际应用中,不可忽略静水压力对瓦体的影响.

平面辐射器截断参量源的辐射声场:模型与实验

提出了一种计算以圆形平面活塞辐射器作发射源的声截断参量阵辐射声场的理论模型。即把由声低通滤波器截断的高频原波参量作用区在活塞辐射器的瑞利距离之内可以看作圆柱型的空间分布源。当活塞辐射器半径与参量作用区的长度相比小得多时。这种截断参量源模型可以退化到 Ｂｅｒｋｔａｙ的线源端射阵模型（Ｅｎｄ－Ｆｉｒｅ Ｌｉｎｅ Ａｒｒａｙ）。数值计算与实验的对比表明，按此模型计算得到的参量源辐射声场，尤其是在近轴附近与实验测量符合较好。

金属橡胶材料吸声特性研究

理论及实验研究了金属橡胶材料吸声性能参数。由金属橡胶材料声学特性参数理论计算式,推导出金属橡胶材料吸声性能参数——声阻抗率和吸声系数的理论计算公式。实验研究了金属橡胶材料结构常数和压缩模量,并建立了结构常数、压缩模量与材料结构参数的关系式,结果表明:相同平均孔隙直径金属橡胶材料具有相同的结构常数值;在一般频率范围内,相同结构参数金属橡胶材料压缩模量近似为常量。通过金属橡胶材料吸声系数的实验测量和理论计算,理论结果与实验结果符合较好,验证了理论和实验研究方法的正确性。

静水压变化下橡胶结构吸声性能的计算与分析

应用有限元方法计算静水压力变化下几种橡胶吸声结构的形变和吸声性能。结果表明,静压变化对复合渐变过渡型空腔的橡胶结构的形状和吸声性能影响最小。在静水压4.5MPa以内,随静压增高,几种典型腔体结构的吸声频带都朝向高频端移动,与实际测试结果变化趋势一致。

吸声尖劈对板柱组合结构水下声学特性影响的试验研究

为考察吸声尖劈对船舶声纳平台水下声学环境的影响,开展了吸声尖劈对板柱组合结构水下声学特性影响的模型试验研究。通过对板柱组合结构0%、36%、60%、100%敷设吸声尖劈材料,在声波以0°、90°、180°方向入射板柱组合结构时,研究了尖劈敷设方式、声波入射角度对板柱组合结构水下声场及散射声场的影响,得到了不同工况下板柱组合结构典型部位的声场分布。研究表明:吸声尖劈可明显改变板柱组合结构的声场分布,降低板柱组合结构的自噪声;但其抑制效果随考核位置、声波频率、敷设密度的不同而各有变化。

水声材料声性能自由场测量技术研究

本文提出了一种新的大面积水声无源材料声学性能测量技术，可以在小型消声水池中测量大面积材料的某些声学性能随频率变化规律。材料样品的典型尺寸为１０００ ｍ ｍ ×１０００ ｍ ｍ 左右，目前的测量频率范围为２ ．５ ～２０ｋ Ｈｚ，测量参数包括反射系数（ 回声降低） ，透射系数（ 插入损失） 等。对标准样品进行了性能测量，测量结果和平面波理论模型计算值有较好的吻合。

高分子水声吸声材料的研究进展

新型水声吸声材料的研究正向着耐压、宽频及高效吸收的方向发展。高分子材料具有高阻尼损耗特性,对入射声波能有效地吸收,且易于进行分子结构设计和成型加工,是符合要求的首选材料。本文结合近年来高分子材料的微观结构与水声吸声性能的研究,从吸声机理和材料设计的角度,讨论高分子水声吸声材料的研究与应用现状,并展望其研究前景。

填料对阻尼隔声材料的水中插入损失的影响

本文研究了空心玻璃微珠、粉煤灰 (煤胞 )、发泡聚合物等填料对阻尼隔声橡胶材料水中插入损失的影响 ,发现橡胶中加入隔声填料可以明显提高水中插入损失。其中玻璃微珠插入损失最大 ,其次是粉煤灰 ,再次为发泡聚合物 ,而前三者等量混合物略差。玻璃微珠用量以 3 0份为宜 ,水中插入损失随用量增加而降低 ,在3kHz、1 0kHz、2 0kHz三个频段 ,用量 3 0份至 5 0份时 ,插入损失降低幅度较大 ,5 0份以后降低幅度变缓 。

水声吸声材料研究进展

水声吸声材料常用于水下航行体表面,其研究对于水下目标的声隐身设计具有重要意义,在军事应用领域受到广泛关注。橡胶类和聚氨酯类粘弹性高分子材料因其独特的分子结构和可设计性得到广泛应用,此外吸声材料的结构设计对其性能也有着很大影响。本文在水声吸声材料吸声机理的基础上,对其主要材料体系和吸声结构进行了综述。

水声材料横波声速和衰减系数参量源法测量系统

提出了测量10-100 kHz频段水声材料平均横波声速和衰减系数的测量系统,系统具有低频、小尺寸、窄波束的特点。测量装置应用截断参量源作为声源,结合了精密的坐标系统。在对平板声压透射系数的平面波模型进行理论修正和实验研究的基础上,测量平板样品的透射系数(插入损失)的频谱和角谱,并采用曲线拟合方法来估计样品在测量频段的平均横波声速和衰减系数。在2 m×1 m×1.5 m消声水槽中,对一些典型样品(尺寸500 mm×600 mm)进行了测量实验,结果表明,水声材料样品在声波不同入射角时的声学性能有较大差异,不能用声波垂直入射时的声学性能数据代替;横波声速和衰减系数是评定水声材料声学性能的重要参数,尤其在声波斜入射情况下;在研究材料构件或复杂器件的声学性能时它们也是必不可少和不能不考虑的。实验还验证了测量方法和系统的可行性,也表明仅在这一频段的测量还远不能满足水声工程的实际需求, 有必要将测量方法应用扩展到更低或更高的频段。

压力罐中水声材料声学特性的参量源测量法

设计了一种原波频率500 kHz、差频范围1~30 kHz的截断宽带参量阵,作为水声材料测量系统的声源。通过分析典型频率下的宽带参量源指向性理论计算和实际测量结果,发现两者结果的曲线基本吻合,证明计算模型是正确的。应用钟形短时脉冲实现水声材料声特性的宽带测量,有益于降低样品边缘衍射干扰。并建立了测量水声材料大面积板状样品声压反射系数、声压透射系数和吸声系数的压力罐测量系统,罐体内尺寸Φ4 m×12 m,最高静水压4.5 MPa,测量频率范围1~30 kHz。对标准样品(尺寸1m×1m)进行了测量实验,其测量结果和理论曲线有很好的吻合,参量源测量法得到了验证;之后,通过对一块橡胶板样品在不同静压力下的吸声性能进行了测量和有效评估,进一步确认了参量源测量法在压力罐这样有限水域中的潜在应用价值。

水下隔声去耦覆盖层的研究

隔声去耦覆盖层是一种重要的舰船水声材料与结构，敷设于潜艇艇体耐压壳外表面。大量研究结果表明，隔声去耦覆盖层在抑制艇体结构的振动、隔离潜艇内部各种噪声向艇外辐射等方面有重要的意义。就其作用机理、基体材料、声学结构、理论分析的研究现状进行了简单介绍，并通过对相关研究成果的分析，指出了其进一步研究的方向。