基于声管测量的粘弹性介质的参数识别方法和优化设计研究

When the perforated acoustic layer is immersed in the water medium, the deformation of cavity and the variation of viscoelastic dynamic properties may not be ignored if the hydrostatic pressure increases, which leads to the acoustic performance of perforated layer to be alternated naturally. However, uo to now, there is little public literature focused on the variation characteristics of viscoelastic dynamic properties under the hydrostatic pressure. Moreover, the present optimization and design works of acoustic layers mostly do not include the backing conditions on which the layers are covered, so it seems to be obviously different from the practical cases, which limits the application of acoustic layer. Using several approaches such as the theoretical analysis, the numerical calculation and the experimental measurement, the identification of viscoelastic dynamic properties and the optimal design of acoustic layer will be carried out in the present project. First, by determining the relationship between the acoustic performance and the viscoelastic dynamic properties, we will provide the identification model of viscoelastic dynamic properties, and summarize the varied characteristics of viscoelastic dynamic properties under the hydrostatic pressure. Then, together with the genetic algorithm, the optimal design of structure and material parameters of acoustic layer will be carried out, in order to optimize the vibro-acoustic performance of viscoelastic-elastic compound structure. Finally, some meaningful developments on the design, optimization and application of acoustic layers will be provided.

空腔结构覆盖层处于静压环境时，空腔结构和粘弹性动态力学参数均会随静压增加而变化，并导致覆盖层的声学性能发生变化，但是对静压下粘弹性介质的动态力学参数的特性目前尚未有相关成果发表。此外，现有覆盖层的优化设计工作大多数只针对单独的声学覆盖层本体，与覆盖层敷设于板壳结构的实际应用仍然存在很大区别，因而有较大的局限性。 本项目拟通过理论分析、数值计算和实验测量等手段，开展粘弹性介质的动态力学参数识别和结构材料的优化设计两个方面研究。通过突破空腔覆盖层的声学性能与粘弹性动态力学参数的解析关系等关键环节，建立粘弹性介质的动态力学参数识别模型，揭示静压引起粘弹性动态力学参数改变的机理和规律。在此基础上，结合遗传算法开展声学覆盖层结构和材料的综合优化设计研究，旨在优化敷设覆盖层的粘弹性-弹性复合结构的声振特性。研究成果将为声学覆盖层的优化设计和工程应用提供重要的理论基础和有力的技术支持。

空腔结构覆盖层处于静压环境时，空腔结构和黏弹性动态力学参数均会随静压增加而变化，并导致覆盖层的声学性能发生变化，这方面的研究内容少有相关成果发表。此外，现有覆盖层的优化设计工作大多数只针对单独的声学覆盖层本体，与覆盖层敷设于板壳结构的实际应用仍然存在很大区别，因而有较大的局限性。本项目主要开展了以下研究内容：.1）建立了常压下黏弹性介质的动态力学参数识别方法，包括黏弹性动态力学参数识别的解析方法和数值方法、三种典型黏弹性材料动态力学参数的识别结果、黏弹性动态力学参数识别的误差分析。.2）建立了静压下黏弹性介质的动态力学参数识别方法，包括静压下空腔变形的仿真分析和实验研究、静压下黏弹性动态力学参数识别的解析方法和数值方法、两种典型材料的静压黏弹性动态力学参数的识别结果。.3）黏弹性空腔覆盖层的综合优化设计分析，包括基于遗传算法和多目标遗传算法的空腔结构覆盖层优化设计模型、黏弹性-弹性复合结构的声散射和声辐射特性的分析模型、新结构形式的空腔覆盖层声学特性分析。. 取得的主要结果如下：.1）两种橡胶和一种聚氨酯的复弹性模量等黏弹性动态力学参数，均与同类材料或相关研究的参数区间符合，说明了参数识别模型的正确性，如三种材料的泊松比均为0.49左右，与常见橡胶、黏弹性材料相符。.2）黏弹性动态力学参数识别结果的误差主要有：a）样品加工误差对复弹性模量和复泊松比实部的测量结果影响较大；b）测试系统中双水听器幅值不一致主要影响复弹性模量和复泊松比实部；c）双水听器相位不一致对复弹性模量和复泊松比的损耗因子有较大影响。.3）静压力增大导致橡胶材料的致密性增加，引起弹性储能模量增加和损耗因子减小，泊松比随静压力增大而逐渐降低。.4）聚氨酯材料的弹性储能模量和损耗因子在不同静压力下的差别不大，这是因为聚氨酯材料较硬，静压引起的材料致密性增加程度有限。类似地，聚氨酯材料泊松比受静压的影响较小。.5）结合优化算法，考虑空腔形状和材料属性的综合优化设计，能获得更好吸声性能的空腔结构覆盖层设计方案。.6）设计了二元嵌入式结构覆盖层，理论计算是实验测量均表明其有效提高了低频吸声系数。.7）通过项目实施，总共发表论文7篇，其中EI检索6篇。申请发明专利4项，授权实用新型专利2项。. 本项目的相关研究成果特别是静压下黏弹性动态力学参数的测量识别方法，将为空腔结构覆盖层的设计和应用提供重要的理论价