粘弹性多胞结构抗冲降噪一体化设计研究

The viscoelastic layers which are covered on the surface of marine structure usually can be used to absorb sound energy, reduce structure vibration and insulate sound energy. However, because of the different mechanisms, it is hardly possible to assemble two or more than two performances on only one viscoelastic layer, which limits the application of viscoelastic layer. Thus, the design of multi-functional viscoelastic layer becomes significant for the anechoic and the survival performances of marine. The anti-shock performance and the noise reduction performance of multi-cellular structure will be analyzed in the present project: 1) by investigating the deformation and the energy absorption mechanism of multi-cellular structure under the shock load, the anti-shock performance of multi-cellular structure in the fluid-structure coupled surrounding will be analyzed, and the anti-shock model of multi-cellular structure will be provided; 2) to explore the propagating and the attenuating characteristics of viscoelastic wave in the multi-cellular structure, the effects of wave transformation and bandgap on the noise reduction performance of multi-cellular structure will be summarized, and the noise reduction model of multi-cellular structure will be presented; 3) based on the anticipated anti-shock model and the noise reduction model, the anti-shock performance and the noise reduction performance of compound multi-cellular structure will be deeply analyzed. Finally, some meaningful developments on the design and application of multi-functional layer will be provided.

舰船结构表面敷设的粘弹性覆盖层通常具有吸声、抑振、隔声等功能。但是由于作用机理的不同，通常难以同时具备其中的两种或者两种以上的功能，给覆盖层的实际应用带来一定的局限性。因此，设计新型多功能的粘弹性覆盖层对提高舰船隐身甚至生存性能具有重要意义。 本项目将对蜂窝结构和手性结构两种多胞结构的抗冲和降噪特性展开研究：1）分析多胞结构在冲击载荷下的变形和能量吸收机理，研究流固耦合作用下具有负泊松比的多胞结构的抗冲特性，建立蜂窝结构和手性结构的抗冲特性分析模型；2）分析多胞结构中粘弹性波的传播和损耗特性，研究波型变化和周期带隙对多胞结构隔声降噪特性影响的机理和规律，建立蜂窝结构和手性结构的隔声降噪分析模型；3）基于建立的抗冲分析模型和隔声降噪模型，研究嵌入阻尼材料和嵌入局域共振单元的复合多胞结构的抗冲和降噪特性。预期通过本项目研究，将为多功能覆盖层的设计和应用提供重要的理论基础和有力的技术支持。

水下航行器表面敷设多胞空腔结构层，不仅可以保护航行器受到爆炸冲击破坏，还能降低甚至阻断内部噪声向外辐射，起到抗冲和降噪的双重作用，同时提高船体的隐身和生存能力。本项目主要开展了以下研究内容：. 1）黏弹性多胞结构的隔声降噪机理和特性研究。包括多胞结构中黏弹性波的传播和损耗特性，波型变化和负泊松比效应等对多胞结构隔声降噪特性影响的机理和规律，复合黏弹性多胞结构的隔声降噪特性，黏弹性多胞结构样品的隔声降噪实验。. 2）黏弹性多胞结构的抗冲机理和特性研究。包括冲击载荷下多胞结构的变形和能量吸收机理研究，流固耦合、负泊松比效应等对抗冲特性影响的机理，以及分布式嵌入阻尼和分布式局域共振单元的复合黏弹性多胞结构的抗冲特性。. 取得的主要结果如下：. 1）建立了多胞空腔结构层的隔声降噪分析模型，指出多胞结构良好的隔声降噪性能是波型变化、阻抗失配、负泊松比特性等因素的共同作用，特别是手性空腔结构将入射纵波或弯曲波转变为绕圆柱腔体的旋转波，并结合基体材料的阻尼损耗作用，大幅提高了隔声降噪特性。. 2）分布式嵌入阻尼的复合多胞结构在基本不改变隔声降噪特性的前提下，提高了抗静变形能力。分布式局域共振单元的复合多胞结构在特定频段可大幅提高隔声降噪量，调整局域共振单元的材料-结构属性可使共振频率与指定降噪频率相符。. 3）水下非接触性爆炸中，负泊松比效应使得多胞结构层产生大变形，附近水域的局部空化起到空气弹簧的作用，有利于减少入射冲量。多胞结构层中的空气与基体材料阻抗不匹配，改使冲击波在传播中被大量消耗在介质中。. 4）二元分布嵌入式和分布式局域共振单元的复合多胞结构层具有更好的整体稳定性。在相同幅值冲击下，嵌入式多胞结构层呈现出整体的震荡，而不是局部压溃。. 5）通过项目实施，共发表论文11篇，其中EI检索6篇。申请发明专利1项，授权实用新型专利1项。. 本项目相关研究成果为水下多功能覆盖层的设计应用提供了理论基础和技术支持。