静压下考虑腔压的吸声覆盖层吸声性能分析

[目的]潜艇外壳表面敷设的水下吸声覆盖层在高静水压力作用挤压后的形状、材料参数都会发生改变,使吸声性能受到较大影响,故研究此影响对于潜艇声隐身性具有重要意义.[方法]考虑空腔内压力对静压下覆盖层形变的作用及吸声性能的影响,基于轴对称有限元仿真,计算含圆柱形空腔水下吸声覆盖层的单胞变形;将形变量导入吸声覆盖层的一维理论模...     

静压下球形空腔吸声覆盖层的建模与性能分析

基于声波垂直入射下的二维理论,利用COMSOL软件建立球形空腔吸声覆盖层单元模型,得到了在空腔受压变形基础上直接进行声学性能计算的耦合模型,避免了以往根据变形量重新建模带来的误差,并与静压下穿孔率的理论公式进行对比,验证了模型的有效性;利用所建模型分析了静压下球形空腔的吸声性能,并比较了内部气压对空腔变形和吸声系数的影响。结果表明：随着静压的增大,峰值上移频带展宽,更显著的是吸声效果总体变差;内部气压使得空腔变形量减少、低频吸声效果有所提高。     

静压下多层材料椭球形空腔吸声覆盖层的吸声性能分析

基于声波垂直入射下的二维解析公式,利用COMSOL软件建立椭球形空腔吸声覆盖层模型并与静压下穿孔率的理论公式进行对比,验证模型的有效性;利用所建模型分析了静压下多层材料椭球形空腔的吸声性能。结果表明:在静水压力条件下,多层材料吸声覆盖层的低频吸声性能比常压的要好,中高频方面两者相差不大;穿孔率25%下的吸声覆盖层在低频和高频的表现比穿孔率33.3%和穿孔率50%的吸声覆盖层要好,静压下穿孔率越大并不代表改善吸声覆盖层低频吸声性能越好;静压下多层材料吸声覆盖层随着压力的增大,椭球形空腔的形变量和覆盖层厚度的压缩量越大。     

静压下多层材料椭球形空腔吸声覆盖层的吸声性能分析

基于声波垂直入射下的二维解析公式,利用COMSOL软件建立椭球形空腔吸声覆盖层模型并与静压下穿孔率的理论公式进行对比,验证模型的有效性;利用所建模型分析了静压下多层材料椭球形空腔的吸声性能.结果表明:在静水压力条件下,多层材料吸声覆盖层的低频吸声性能比常压的要好,中高频方面两者相差不大;穿孔率25%下的吸声覆盖层在低频和高频的表现比穿孔率33.3%和穿孔率50%的吸声覆盖层要好,静压下穿孔率越大并不代表改善吸声覆盖层低频吸声性能越好;静压下多层材料吸声覆盖层随着压力的增大,椭球形空腔的形变量和覆盖层厚度的压缩量越大.     

变截面圆柱形空腔覆盖层吸声系数的二维近似解

具有空腔周期性排列的粘弹性结构在水声工程中有着广泛的应用.将包含变截面圆柱形空腔周期性排列的吸声覆盖层的一个单元进行分段近似成多层圆柱管结构,并应用子域分割法在分段的接合界面处满足平均轴向位移和平均轴向应力连续,给出了变截面圆柱形空腔吸声覆盖层吸声系数的二维近似解.分析了高阶传播波和分段层数对吸声系数的影响,比较了不同空腔形状对覆盖层吸声性能的影响.研究结果表明,在一定频率范围内,主要是最低阶传播模式对吸声性能起作用,喇叭型空腔结构较圆柱型空腔结构吸声覆盖层的吸声性能更加优良.在覆盖层设计中,空腔的形状应有一个优化的过程.     

静压下球形空腔吸声覆盖层的建模与性能分析

基于声波垂直入射下的二维理论,利用COMSOL软件建立球形空腔吸声覆盖层单元模型,得到了在空腔受压变形基础上直接进行声学性能计算的耦合模型,避免了以往根据变形量重新建模带来的误差,并与静压下穿孔率的理论公式进行对比,验证了模型的有效性;利用所建模型分析了静压下球形空腔的吸声性能,并比较了内部气压对空腔变形和吸声系数的影响。结果表明:随着静压的增大,峰值上移频带展宽,更显著的是吸声效果总体变差;内部气压使得空腔变形量减少、低频吸声效果有所提高。     

基于COMSOL多层材料吸声覆盖层的吸声特性分析

针对圆柱形空腔吸声覆盖层低频吸声性能比较差,建立多层材料圆柱形空腔结构覆盖层的COMSOL有限元模型,通过采用波导有限元-传递矩阵法对有限元模型的验证并对其进行吸声特性数值仿真分析。结果表明:理论计算与数值仿真的曲线趋势大致吻合则该有限元模型有效;多层材料吸声覆盖层低频吸声特性明显优于单层材料吸声覆盖层,并且采用不同穿孔率、损耗因子、杨氏模量等参数的变化分析了各种参数的变化对吸声系数曲线的影响,为下一步的声学优化提供了具体指导。     

基于COMSOL多层材料吸声覆盖层的吸声特性分析

针对圆柱形空腔吸声覆盖层低频吸声性能比较差,建立多层材料圆柱形空腔结构覆盖层的COMSOL有限元模型,通过采用波导有限元-传递矩阵法对有限元模型的验证并对其进行吸声特性数值仿真分析。结果表明：理论计算与数值仿真的曲线趋势大致吻合则该有限元模型有效;多层材料吸声覆盖层低频吸声特性明显优于单层材料吸声覆盖层,并且采用不同穿孔率、损耗因子、杨氏模量等参数的变化分析了各种参数的变化对吸声系数曲线的影响,为下一步的声学优化提供了具体指导。     

含圆台型空腔的声学覆盖层吸声特性研究

基于有限单元法研究了以空气为背衬的含圆台型空腔的声学覆盖层的吸声特性.对单腔结构的覆盖层和混合型空腔的覆盖层的吸声性能进行了数值分析.结果表明,在相同穿孔率的情况下,含圆台型空腔的覆盖层相对含圆柱型空腔的覆盖层具有更优良的吸声性能.     

背衬对多层材料吸声覆盖层的影响

根据波导有限元-传递矩阵法建立了背衬条件下的多层材料吸声覆盖层的理论模型并与仿真软件COMSOL建立的有限元模型对比证明模型有效。在COMSOL模型的基础上讨论了单层壳体背衬和双层壳体背衬条件下的覆盖层的吸声性能并比较了在双层壳体背衬条件下不同空腔结构的吸声性能。结果表明：单层壳体背衬条件下,随着钢背衬厚度增大,吸声波峰向低频移动但峰值变小;两层壳体的水层厚度增大,波峰向低频移动,波峰渐渐增多,峰值减小;在非耐压壳体厚度增大时,三种厚度情况下的吸声系数曲线大致相同说明外壳厚度对于吸声系数的影响很小;圆柱型空腔在低频表现稍好一些,而椭球型空腔在整体表现均好于其余两种情况。     

基于充水金属球壳的吸声覆盖层声学特性研究

为改善低频吸声性能,提出一种基于充水金属球壳的吸声覆盖层结构,并利用有限元方法对其吸声特性开展数值仿真分析。结果表明:充水球壳的引入能改善原有橡胶基层的吸声性能;通过多个不同几何参数的球壳组合,吸声覆盖层的低频性能得到显著提升;球壳中的弹性球应采用模量较大的橡胶材料制备,否则在静水压强下,吸声覆盖层无法保持原有性能;吸声覆盖层的吸声机理由低频时弹性球的共振、中高频时组合结构耦合共振引起的基体材料形变、耦合共振对声波散射作用增强3部分构成。     

基于有限元法的Alberich型覆盖层吸声特性研究

基于有限元法研究了附在钢板上并以空气为背衬的Alberich型覆盖层的吸声特性。通过采用无反射流体吸声边界,可以较少的单元很好地模拟无限声学流场。并针对混合型空腔结构进行了吸声特性的分析,有限元分析结果表明,该空腔结构的吸声特性明显优于相同穿孔率的单腔结构。     

敷设空腔尖劈的声呐平台声学特性研究

基于变截面波导理论建立吸声系数方程,讨论了不同静压下尖劈吸声性能,开展了空腔尖劈声管测试,并将计算值与实验值进行对比分析。在此基础上,通过数值试验预报了声呐平台区的自噪声分布,对比分析了空腔尖劈敷设方案对其声学特性的影响。结果表明：随着静水压力的增大,尖劈吸声系数第一谐振峰向高频移动;高静压下,尖劈吸声系数下降较快。敷设空腔尖劈的声呐平台区的自噪声总声压级显著降低,尖劈部分优化敷设既要考虑全频段平台区的自噪声总声级,又要兼顾声呐基阵位置处的声压分布。     

空腔尖劈结构吸声性能的实验研究

对尖劈结构的吸声性能进行了实验测试,进而研究了含空腔尖劈吸声结构的吸声性能。根据变截面波导理论建立的吸声系数方程,计算了尖劈结构的吸声系数,讨论了尖劈结构吸声性能随频率、静水压力及空腔结构的变化规律,并将计算值与实验值进行了对比。研究结果表明:随着静水压力的增大,尖劈结构吸声系数曲线的形状基本不变,但其数值有所下降;同种材料不同空腔类型尖劈结构的吸声性能差别较大,在低频段尤为明显,而对于同种腔型尖劈结构,其吸声性能则主要由空腔尺寸决定;对于含空腔尖劈吸声结构,增大空腔尺寸可以使尖劈空腔共振加强而提高其低频吸声效果,但空腔尺寸过大反而会影响尖劈结构的整体吸声效果,这对水下尖劈吸声结构的设计及其在实艇减振降噪中的应用具有一定的参考意义。     

加压声学覆盖层声学性能测试—声阻抗方法

文章建立了一种基于声阻抗传递矩阵方法的加压声学覆盖层声学性能测试方法.测量得到的声阻抗矩阵用于计算声学覆盖层吸声系数与隔声量.对声阻抗测试装置包括声管、声源、背衬和水听器布置等进行了详细介绍.通过测量均匀材料样品声阻抗对测试装置进行了验证,通过测试声学覆盖层样品计算吸声系数与隔声量,并与理论计算结果进行对比,对声阻抗方法进行了试验验证.     

计及空腔能量耗散的尖劈结构声学特性研究

以喇叭型空腔为例分析了声波在尖劈空腔中的传播规律,给出了计及空腔能量耗散作用的尖劈结构吸声系数计算方法,通过声管测试验证了本文算法的有效性。在此基础上,通过数值试验预报了声呐平台区振动及自噪声分布,对比分析了空腔尖劈敷设方案对其声学特性的影响。结果表明:空腔对较低频段声波能量吸收有很大作用,在3 kHz以下频段计算空腔尖劈吸声性能时必须予以考虑;敷设空腔尖劈的声呐平台区的振动及自噪声总声压级显著降低,尖劈部分优化敷设既要兼顾声呐基阵位置处的声压分布。     

基于NOVA的多孔材料吸声性能分析及优化

三聚氰胺泡沫是一种性能优良的多孔吸声材料。利用NOVA软件对三聚氰胺泡沫的吸声特性进行分析。首先将数值计算得到的多孔材料吸声系数与实测值比较,证明NOVA的预报结果具有可靠性。接着,分析了3种常见多孔材料的吸声系数曲线。最后,以材料厚度、密度、孔隙率和背面空腔厚度4个参数为因素,每个因素取4个水平,选用L_(16)(4~5)正交表进行正交试验,找到了使材料平均吸声系数最高的因素水平组合,并通过方差分析发现,材料厚度和背后空腔厚度是影响三聚氰胺泡沫吸声性能的主要因素。     

水下吸声覆盖层结构及吸声机理研究进展

经过50多年的发展,尤其是近20年中,在水下目标声隐身背景需求的促进和推动下,以吸声覆盖层为主要研究对象的声隐身结构研究,已经建立了完整的理论框架.本文将目前国内外主要的吸声覆盖层结构分为粘弹性复合吸声结构、周期散射复合吸声结构、孔腔谐振吸声结构等,比较了各种吸声覆盖层的结构形式对吸声性能的影响,并从吸声机理出发,分析了各种吸声覆盖层结构的主要研究方法,最后展望了我国水下吸声覆盖层结构及吸声机理研究的趋势.     

基于NOVA的多孔材料吸声性能分析及优化

三聚氰胺泡沫是一种性能优良的多孔吸声材料.利用NOVA软件对三聚氰胺泡沫的吸声特性进行分析.首先将数值计算得到的多孔材料吸声系数与实测值比较,证明NOVA的预报结果具有可靠性.接着,分析了3种常见多孔材料的吸声系数曲线.最后,以材料厚度、密度、孔隙率和背面空腔厚度4个参数为因素,每个因素取4个水平,选用L16(45)正交表进行正交试验,找到了使材料平均吸声系数最高的因素水平组合,并通过方差分析发现,材料厚度和背后空腔厚度是影响三聚氰胺泡沫吸声性能的主要因素.     

基于FOAM-X的多孔材料吸声性能研究

基于FOAM-X对聚氨酯泡沫、三聚氰胺泡沫和玻璃棉3种多孔材料的吸声系数进行分析,研究了多孔材料的厚度、孔隙率、背后空腔深度、热效特征长度和粘滞特征长度对吸声性能的影响。以聚氨酯泡沫为例,在VA-ONE中进行隔声仿真,比较了3种多孔材料的吸声性能,并通过仿真值与实测值对比,验证FOAM-X对声学参数预测的可靠性。研究结果表明,多孔材料的厚度、孔隙率、背后空腔深度和粘滞特征长度对多孔材料的吸声性能具有显著影响,而热效特征长度则几乎没有影响,三聚氰胺泡沫具有良好的吸声性能,FOAM-X对声学参数预测较准确。