阻抗渐变梯度复合材料设计制备及性能研究

发布时间：2020-06-27 01:49

【摘要】：声阻抗梯度渐变介质是由多层结构发展成的一种新型声结构。本文在大量调研声学吸声材料及结构的基础上,结合理论推导及有限元仿真的方法,基于潜艇吸声覆盖层的应用背景,以低频吸声为目标设计了阻抗渐变复合材料,并通过样品制备及声学测试进行了部分仿真结果的实验验证。理论推导部分基于简谐声波方程和阻抗率转移公式,得到了阻抗以不同渐变形式变化媒介的声学性能系数。通过建立声波在非均质介质中传播的理论模型,从理想流体中小振幅声波运动方程出发,引入声阻抗和声波行进时间,通过变换声波方程形式及求解一维声波方程,得到阻抗分布与时间之间需满足的关系。利用离散分层将任意界面的入射声压与透射声压联系起来,给出了一种分析介质声学性能的方式,即通过确定声波在非均质介质中的传播时间,求得相应的位置,进而得到介质的声学性能系数。结合本文研究目标,引入阻抗率转移方程,推导得到典型阻抗渐变分布形式介质对应的声透射系数。在理论推导的基础上,基于有限元仿真软件建立了阻抗渐变介质水下吸声模型,研究了单胞阻抗变化形式(线性、二次型、指数型、悬链线型)、双胞元阻抗变化形式,对阻抗渐变复合材料声学性能(吸收系数、反射系数、透射系数)的影响规律,以低频高吸声为目标确定了最佳的阻抗渐变形式。为易于制备及工程应用,将连续渐变阻抗离散分层,研究了分层方式(按厚度等分、按阻抗等分)对阻抗渐变复合材料声学性能的影响,对比分析确定较优离散分层方式。利用高纯铁粉作为填料,聚脲作为基材,制作了不同组分比例的Fe/PU均质复合材料,利用超声测试装置测试了复合材料的特征声阻抗,得出了均质Fe/PU复合材料的填料比例与其特征声阻抗的对应关系,并以此为选材依据,按理论计算的结果制备了不同渐变形式的阻抗渐变多层复合材料。利用水声脉冲管声学测试装置测试了所得多层复合材料的吸声吸能并与仿真模拟结果进行了对比,验证了仿真模拟的正确性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33
【图文】：

潜艇,水声,侦测,衰减速率

第 1 章绪论.1 课题研究的背景和意义潜艇作为海军最具威慑力的水下武器装备，在隐蔽性及机动性方面有着较优势，并且自给力强、突击性强、续航力大，对于海军备战领域是具有重要的研究价值的。与此同时，人们也积极的发展反潜技术，随着军事制导技术的飞展，作战平台针对潜艇的跟踪和探测能力迅猛提升，并且攻击的能力越来越强艇的独特隐蔽性及生存能力受到了极大的挑战。纵观当代军事技术发展趋势，舰艇的航速高低、火力强弱及排水量大小等仍是针对其战斗性能的主要衡量，但对于其战斗技能的衡量，隐蔽性能有着最直接的、最重要的影响，故潜艇蔽性，特别是在水下的隐蔽性成为其最重要的性能及核心技术之一。进而，潜隐身技术又被誉为军事上的“杀手锏”技术。

应力-应变关系,弹性滞后

于同向排列的构象过渡需要一个过程，即导致明显的弹性滞后现象。同时，若令一个分子链的各链段完全呈与外力大小相应的新构象分布则需要更长的一段时间，这使得应变滞后于应力一个相位角（如图 1-3 所示），进而形成一个正比于形变做功的弹性滞后圈（如图 1-4 所示），将所做功转化为分子热运动的热能而耗散掉。图 1-2 阻尼损耗图

【参考文献】