專利名稱：水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種船舶機(jī)械振動與噪聲控制技術(shù)領(lǐng)域的聲學(xué)材料。
背景技術(shù)：
船舶及海洋工程結(jié)構(gòu)的水下振動不僅會影響設(shè)備的正常工作，危害結(jié)構(gòu)的安全性，還會在結(jié)構(gòu)與流場表面產(chǎn)生水下聲輻射，對周圍海洋環(huán)境形成噪聲污染，并對船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)的水聲探測、定位產(chǎn)生影響，特別是隨著壓力的增加，普通聲學(xué)材料的聲學(xué)性能將大幅下降，導(dǎo)致船舶及海洋工程結(jié)構(gòu)深水聲學(xué)防護(hù)性能大幅降低，嚴(yán)重影響船舶及海洋工程結(jié)構(gòu)性能的正常發(fā)揮。因此，降低船舶及海洋結(jié)構(gòu)水下振動噪聲對于減少海洋噪聲污染、提高船舶及海洋工程結(jié)構(gòu)性能具有重要意義。為降低船舶及海洋工程結(jié)構(gòu)的水下振動，減小船舶及海洋工程結(jié)構(gòu)的水下聲輻射，聲學(xué)防護(hù)材料得到了迅速發(fā)展如中國專利CN200620049617.3提出了一種圓錐形空腔水下吸聲板結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有良好的吸聲性能，且安裝后表面較為平整。中國專利 CN200920303498. 3發(fā)明了一種兼具吸聲與隔聲性能的吸聲與隔聲復(fù)合聲屏障，使之兼具吸聲及隔聲性能；但該結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且主要應(yīng)用于空氣聲的吸收與隔離，不適用于船舶及海洋工程結(jié)構(gòu)的水下聲學(xué)防護(hù)。俄羅斯專利RU2138858介紹了一種水下聲屏，由上下兩層組成， 下層由橡膠材料制作，層內(nèi)側(cè)有半穿孔的深槽和凸臺，上層由剛性大的材料制作，內(nèi)側(cè)有凸臺，其橫截面相當(dāng)于棒的斷面，將上層的凸臺插入下層材料的深槽中，形成了密閉空氣腔； 該結(jié)構(gòu)兩層復(fù)合工藝較復(fù)雜，工程應(yīng)用有較大局限性。美國專利US4164727介紹了一種水聲吸聲和反射裝備，它由三層組成，中間橡膠層帶空氣腔，上下兩層為金屬密封蓋板。該結(jié)構(gòu)的缺點是其耐壓性差，壓力增大將嚴(yán)重影響其隔聲效率，此外，該結(jié)構(gòu)存在剛性的金屬加強(qiáng)層，因此該結(jié)構(gòu)很難貼敷于彎曲結(jié)構(gòu)表面處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供可在較寬頻帶范圍內(nèi)抑制結(jié)構(gòu)的水下振動聲輻射、有效改善船舶及海洋工程結(jié)構(gòu)的水下振動聲輻射環(huán)境的水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料，其特征是包括依次相連的阻尼層、自適應(yīng)隔聲去耦層、低輻射曲面吸聲層，所述的阻尼層為阻尼高分子材料，阻尼層的厚度為 10-15mm，所述的自適應(yīng)隔聲去耦層包括具有周期性空腔結(jié)構(gòu)的低模量高分子材料和填充于周期性空腔結(jié)構(gòu)的多孔海綿材料，自適應(yīng)隔聲去耦層的厚度為15-20mm，所述的低輻射曲面吸聲層為高分子材料，低輻射曲面吸聲層上開有通孔。本發(fā)明還可以包括1、所述的阻尼高分子材料包括高阻尼橡膠、聚氨酯。2、所述的低模量高分子材料包括軟橡膠、聚氨酯材料、聚氨酯橡膠材料，多孔海綿材料包括硫化橡膠、聚氨酯材料。
3、所述的空腔結(jié)構(gòu)為柱形空腔或方形空腔，空腔的直徑、高或邊長為20_30mm，空腔的中心距為26-36mm。4、所述的高分子材料包括聚氨酯材料，低輻射曲面吸聲層表面為二維或三維正弦、余弦曲面，當(dāng)波長為λ波高為h時，λ為5-8mm，h/X為1. 5_2。本發(fā)明的優(yōu)勢在于1、本發(fā)明由阻尼層、自適應(yīng)隔聲去耦層及低輻射曲面吸聲層三部分結(jié)構(gòu)構(gòu)成，阻尼層、自適應(yīng)隔聲去耦層及低輻射曲面吸聲層依次通過膠粘劑粘連，并通過加壓固化成型；2、本結(jié)構(gòu)設(shè)計綜合利用阻尼損耗吸收、阻抗失配、降低輻射效率等多種降噪技術(shù)， 使水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料集吸聲、隔聲及抑振降噪等多種功能于一體；3、本發(fā)明低輻射曲面吸聲層內(nèi)設(shè)置通孔，可保障自適應(yīng)隔聲去耦層內(nèi)外具有相同的靜水壓力，從而大幅提高材料的耐水壓性能，使材料在深水壓力下仍可保持較好的聲學(xué)性能；4、本發(fā)明為一水下曲面聲學(xué)材料，其吸聲層表面為粗糙曲面，其水下隔聲降噪效果較同重量平板型聲學(xué)材料更好，適用頻帶更寬；5、本發(fā)明材料通過膠粘劑粘貼于防護(hù)結(jié)構(gòu)表面，防止了海水與防護(hù)結(jié)構(gòu)的接觸， 可提高防護(hù)結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性和安全性；6、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，具有良好的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為A-A視圖；圖3為B-B視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1 3，本發(fā)明的目的在于提供一種水下耐壓、寬頻吸隔聲抑振降噪復(fù)合聲學(xué)材料，較好地降低船舶及海洋工程結(jié)構(gòu)的水下振動聲輻射，改善防護(hù)結(jié)構(gòu)水下聲學(xué)環(huán)境。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，所述水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料由阻尼層、自適應(yīng)隔聲去耦層、低輻射曲面吸聲層組成。阻尼層、自適應(yīng)隔聲去耦層、低輻射曲面吸聲層依次分布于防護(hù)結(jié)構(gòu)外表面；阻尼層、自適應(yīng)隔聲去耦層及低輻射曲面吸聲層通過膠粘劑粘連，并通過加壓固化成型。所述阻尼層為具有高彈性及損耗模量的阻尼高分子材料(如高阻尼橡膠及聚氨酯等材料)；阻尼層厚度由水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料抑振降噪指標(biāo)確定，一般可控制在IOmm 15mm之間；適當(dāng)增加阻尼層厚度可降低防護(hù)結(jié)構(gòu)的表面振速，從而降低防護(hù)結(jié)構(gòu)的水下振動聲輻射。所述自適應(yīng)隔聲去耦層由具有周期性空腔結(jié)構(gòu)的低模量高分子材料(如軟橡膠、 聚氨酯材料、聚氨酯橡膠材料等)及填充于周期性空腔的多孔海綿材料構(gòu)成。周期性空腔貫穿于自適應(yīng)隔聲去耦層厚度方向，空腔可為柱形空腔或方型空腔，空腔直徑或邊長一般為20mm 30mm，空腔中心間距一般為^mm 36mm。多孔海綿材料由彈性模量較低、損耗特性較大的硫化橡膠或聚氨酯材料構(gòu)成，多孔海綿材料填充于柱形或方形空腔內(nèi)部。自適應(yīng)隔聲去耦層厚度由水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料的抑振降噪指標(biāo)確定，一般為15mm 20mm?？涨辉酱?，其低頻隔聲性能愈好，適用頻帶愈寬；隔聲層愈厚，其隔聲效果愈好。所述低輻射曲面吸聲層由具有高損耗特性、表面粗糙的高分子材料(如聚氨酯材料)及貫穿于厚度方向的微型通孔構(gòu)成，其阻抗與周圍海水介質(zhì)較為接近，以便吸收周圍海水中的聲波。表面粗糙可使曲面吸聲層的聲輻射效率更低，使水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料的輻射效率降低。低輻射曲面吸聲層表面為二維或三維正弦、余弦曲面，使水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料的輻射效率進(jìn)一步降低，曲面形狀由水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料的適用頻帶范圍確定；如設(shè)正弦波波長為λ，波高為h，h—般為5mm 8mm，h/λ —般為1. 5 2;增大h/λ或h，可提高水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料的吸聲及隔聲效果。微型通孔貫穿曲面吸聲層，可保障外部海水介質(zhì)流入自適應(yīng)隔聲去耦層內(nèi)部，使水下自適應(yīng)耐壓聲學(xué)復(fù)合材料的內(nèi)外壓力保持一致，提高材料的耐壓性能。水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料的工作原理是綜合運用阻尼抑振、阻抗失配隔聲、損耗吸收、波形轉(zhuǎn)換、降低輻射效率等多種減振降噪方式構(gòu)成多層復(fù)合聲學(xué)材料利用阻尼減振原理利設(shè)置阻尼層以降低防護(hù)結(jié)構(gòu)表面振速；利用損耗吸聲原理，在自適應(yīng)隔聲去耦層內(nèi)部設(shè)置多孔海綿結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)聲傳遞出現(xiàn)波形轉(zhuǎn)換及較大損耗，增加其吸隔聲性能；結(jié)合聲輻射原理，將吸聲層外表面設(shè)計成波形曲面形狀，以降低水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料的聲輻射效率，達(dá)到充分耗散聲波能量的效果；基于阻抗失配原理，將阻尼層、自適應(yīng)隔聲去耦層、吸聲層設(shè)計為不同阻抗層，阻隔聲波能量向外界的傳遞，以有效降低結(jié)構(gòu)振動和輻射；低輻射曲面吸聲層內(nèi)設(shè)置通孔，可保障材料內(nèi)外壓力一致，使水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料在深水壓力作用下仍可保障較好的抑振降噪效果。水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料應(yīng)用于實船及海洋工程結(jié)構(gòu)水下聲學(xué)防護(hù)時，可采取如下方式實施(1)對防護(hù)結(jié)構(gòu)振動特性進(jìn)行分析，確定防護(hù)結(jié)構(gòu)聲傳遞主導(dǎo)傳遞途徑，進(jìn)而確定防護(hù)結(jié)構(gòu)敷設(shè)區(qū)域位置、大小及形狀。(2)提出水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料的防護(hù)要求(吸聲性能、隔聲性能、抑振性能、耐壓性能及帶寬要求)。(3)根據(jù)水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料的抑振性能及帶寬要求設(shè)計阻尼層；根據(jù)水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料的隔聲性能、耐壓性能及帶寬要求設(shè)計自適應(yīng)隔聲去耦層厚度及材料；根據(jù)水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料的吸聲性能及帶寬要求設(shè)計低輻射曲面吸聲層材料、厚度及曲面形狀參數(shù)(見附圖2所示)。在確定水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料結(jié)構(gòu)尺寸時，需充分考慮防護(hù)結(jié)構(gòu)的水下振動噪聲特性如防護(hù)結(jié)構(gòu)抑振隔聲要求較高時，可適當(dāng)增加阻尼層及自適應(yīng)隔聲去耦層厚度3mm 5mm ；如要求水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料具備良好的吸聲性能，則可加大低輻射曲面吸聲層厚度3mm 5mm。(4)根據(jù)上述方法確定的水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料結(jié)構(gòu)形式，制作 0. 5mX0. 5m或0. 75mX0. 75m尺寸的模具，并將阻尼層、自適應(yīng)隔聲去耦層及低輻射曲面吸聲層依次放置好，采用膠粘劑加壓固化成型。
( 根據(jù)敷設(shè)區(qū)域的幾何外形、尺寸確定聲學(xué)材料布置的數(shù)量及固定方式。對敷設(shè)區(qū)域表面進(jìn)行除銹、表面預(yù)處理，采用膠粘劑將阻尼層面和鋼板表面壓合粘接即可。
權(quán)利要求
1.水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料，其特征是包括依次相連的阻尼層、自適應(yīng)隔聲去耦層、低輻射曲面吸聲層，所述的阻尼層為阻尼高分子材料，阻尼層的厚度為10-15mm，所述的自適應(yīng)隔聲去耦層包括具有周期性空腔結(jié)構(gòu)的低模量高分子材料和填充于周期性空腔結(jié)構(gòu)的多孔海綿材料，自適應(yīng)隔聲去耦層的厚度為15-20mm，所述的低輻射曲面吸聲層為高分子材料，低輻射曲面吸聲層上開有通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料，其特征是所述的阻尼高分子材料包括高阻尼橡膠、聚氨酯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料，其特征是所述的低模量高分子材料包括軟橡膠、聚氨酯材料、聚氨酯橡膠材料，多孔海綿材料包括硫化橡膠、聚氨酯材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料，其特征是所述的空腔結(jié)構(gòu)為柱形空腔或方形空腔，空腔的直徑、高或邊長為20-30mm，空腔的中心距為沈-36讓。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料，其特征是所述的空腔結(jié)構(gòu)為柱形空腔或方形空腔，空腔的直徑、高或邊長為20-30mm，空腔的中心距為26_36mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料，其特征是所述的高分子材料包括聚氨酯材料，低輻射曲面吸聲層表面為二維或三維正弦、余弦曲面，當(dāng)波長為入波高為h時，λ為5-8mm，h/λ為1. 5_2。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料，其特征是所述的高分子材料包括聚氨酯材料，低輻射曲面吸聲層表面為二維或三維正弦、余弦曲面，當(dāng)波長為λ波高為 h 時，λ 為 5-8mm，h/λ 為 1. 5-2。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料，其特征是所述的高分子材料包括聚氨酯材料，低輻射曲面吸聲層表面為二維或三維正弦、余弦曲面，當(dāng)波長為λ波高為 h 時，λ 為 5-8_，h/λ 為 1. 5-2。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料，其特征是所述的高分子材料包括聚氨酯材料，低輻射曲面吸聲層表面為二維或三維正弦、余弦曲面，當(dāng)波長為λ波高為 h 時，λ 為 5-8mm，h/λ 為 1. 5-2。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供水下自適應(yīng)曲面復(fù)合聲學(xué)材料，包括依次相連的阻尼層、自適應(yīng)隔聲去耦層、低輻射曲面吸聲層，所述的阻尼層為阻尼高分子材料，阻尼層的厚度為10-15mm，所述的自適應(yīng)隔聲去耦層包括具有周期性空腔結(jié)構(gòu)的低模量高分子材料和填充于周期性空腔結(jié)構(gòu)的多孔海綿材料，自適應(yīng)隔聲去耦層的厚度為15-20mm，所述的低輻射曲面吸聲層為高分子材料，低輻射曲面吸聲層上開有通孔。本發(fā)明可在較寬頻帶范圍內(nèi)抑制結(jié)構(gòu)的水下振動聲輻射、有效改善船舶及海洋工程結(jié)構(gòu)的水下振動聲輻射環(huán)境。
文檔編號G10K11/16GK102568465SQ20121001106
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月14日
發(fā)明者姚熊亮, 孫龍泉, 尹緒超, 龐福振, 龐福濱, 楊娜娜, 計方, 金葉青 申請人:哈爾濱工程大學(xué)