空间弯折多孔超结构低频宽带水声吸收特性及实验测试研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:11904291
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:26.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:A2304.环境声学
- 结题年份:2022
- 批准年份:2019
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2020-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:--
- 关键词:
项目摘要
The sound absorbent property of conventional anechoic coatings, based on viscoelastic materials, is easily affected by high hydraulic-pressure and low water-temperature, which impairs the stealth of submarines. Concerning these shortcomings, a kind of space-coiled meta-structures based on open-cellular porous materials is proposed in this project. The meta-structures fully take advantages of the low-frequency waterborne sound absorption of sintered metal fiber materials with pore diameter of micrometer scale, and the thickness reduction of space-coiled structures, as well as the impedance matching and sound wave propagation guidance of gradient varying structures. Employing theoretical, numerical and experimental methods, this project is designed to carry out by three steps. Firstly, the rule of waterborne sound wave propagation and attenuation thorough complicated porous materials is studied, for developing an efficient model to predict the waterborne impedance of porous materials. By utilizing the abovementioned model and numerical simulations, the influence of the geometrical parameters of space-coiled structures and the impedance distributions of porous materials on the sound absorbent properties of the meta-structures is investigated, and a relevant design theory is consequently built. Finally, the arrangement of spiral unit cells with different absorbent characteristics is analyzed, to further broadened the absorbent band width of the meta-structures. The significance of this project is to explore a new mechanism of waterborne sound absorption, other than that of viscoelastic materials, and to develop the related design theory of the meta-structures. The resulted models, theories and samples will support the research and development of new type of anechoic coatings in our country.
基于粘弹性材料的传统声学覆盖层吸声性能易受高水压、低水温影响,直接降低了潜艇的隐身性能。为此,本项目提出一种基于通孔型多孔材料的空间弯折超结构,充分发挥微米孔径烧结金属纤维毡低频水声吸收特性和弯折空间减薄结构整体厚度的优势,结合梯度变化结构的阻抗匹配和声波传播引导的优点,开展新型水声吸收结构设计方法研究。本项目拟采用理论分析和数值模拟手段,结合实验测试,揭示复杂多孔材料中水声声波传播与衰减规律,建立复杂多孔材料水声阻抗高效模型;进而研究弯折结构几何形貌和多孔材料阻抗分布对超结构水声吸收特性的影响机理,形成空间弯折多孔超结构水声吸收的设计理论;最终通过组合不同吸声特性的螺旋单胞,进一步拓宽超结构水声吸收频带。本项目研究意义在于探究全新水声吸收机理,建立新型水声吸收结构设计理论,支持我国抗高水压、低水温新型潜艇声学覆盖层研发。
结项摘要
基于粘弹性材料的传统声学覆盖层吸声性能易受高水压、低水温影响,直接降低了潜艇的隐身性能。为此,本项目提出一种基于通孔型多孔材料的空间弯折超结构,充分发挥微米孔径烧结金属纤维毡低频水声吸收特性和弯折空间减薄结构整体厚度的优势,结合梯度变化结构的阻抗匹配和声波传播引导的优点,开展新型水声吸收结构设计方法研究。本项目拟采用理论分析和数值模拟手段,结合实验测试,取得以下重要结果。.1)通过截面为圆形的长直管和包含复杂孔隙的烧结金属纤维毡展示了多孔介质在水下的有效吸声能力,基于Biot理论,发展了预测多孔材料水声吸收系数的理论模型和数值仿真模型,分析表明多孔材料需要大得多的厚度才能达到与空气声吸收系数相当的水声吸收系数。2)提出了一种基于微穿孔板和阻抗匹配弯折空腔的低频宽带吸声超结构,通过对阻抗匹配的研究,弯折空腔截面积的梯度设计可以有效拓宽吸声频带,在共振频率是410Hz时,相对带宽是69.51%,和传统的等截面弯折空腔吸声体相比,将相对带宽拓展了2.34倍。3)基于切槽波纹芯层设计了一种独特的空间弯折吸声超材料,与文献中的已有吸声结构相比,该吸声体在133Hz实现仿真强吸声,而其厚度只有11mm(~λ/234,λ为133Hz对应的波长),显示出深亚波长的吸声能力,同时,夹芯板优良的力学特性充分移植到该超材料夹芯板,使其具有非凡的弯曲刚度,更适合于工程应用。.本项目科学意义在于探究全新水声吸收机理,建立新型水声吸收结构设计理论,支持我国抗高水压、低水温新型潜艇声学覆盖层研发。
项目成果
期刊论文数量(4)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Manufacturing and semi-analytical modeling of environment-friendly sound absorbent porous glasses
环保吸声多孔玻璃的制造及半解析建模
- DOI:10.1016/j.apacoust.2021.108444
- 发表时间:2022-01
- 期刊:Applied Acoustics
- 影响因子:3.4
- 作者:Ren Shuwei;Zou Weiren;Sun Wei;Zhang Tingying;Zhang Jiyang;Zeng Xiangyang;Xu Ying
- 通讯作者:Xu Ying
Broadband low-frequency sound absorbing metastructures composed of impedance matching coiled-up cavity and porous materials
阻抗匹配卷绕腔和多孔材料组成的宽带低频吸声元结构
- DOI:10.1016/j.apacoust.2022.109061
- 发表时间:2022-11
- 期刊:Applied Acoustics
- 影响因子:3.4
- 作者:Shuwei Ren;Yiyang Liu;Wei Sun;Hao Wang;Ye Lei;Haitao Wang;Xiangyang Zeng
- 通讯作者:Xiangyang Zeng
Sandwich meta-panel based on grooved corrugation for low-frequency sound absorption
基于凹槽波纹的三明治超面板,用于低频吸声
- DOI:10.1209/0295-5075/ac8f68
- 发表时间:2022-09
- 期刊:EPL
- 影响因子:1.8
- 作者:Wei Sun;Ren Shuwei;Yiyang Liu;Ye Lei;Haitao Wang;Xiangyang Zeng
- 通讯作者:Xiangyang Zeng
Broadband low-frequency sound absorbing metastructures based on impedance matching coiled-up cavity
基于阻抗匹配卷绕腔的宽带低频吸声元结构
- DOI:10.1063/5.0061012
- 发表时间:2021-09-06
- 期刊:APPLIED PHYSICS LETTERS
- 影响因子:4
- 作者:Liu, Yiyang;Ren, Shuwei;Zeng, Xiangyang
- 通讯作者:Zeng, Xiangyang
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其他文献
方形蜂窝夹层曲板的振动特性研究
- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:西安交通大学学报
- 影响因子:--
- 作者:任树伟;孟晗;辛锋先;卢天健;慈军;耿丽
- 通讯作者:耿丽
高温环境下梯度多孔金属纤维的吸声性能及优化设计
- DOI:--
- 发表时间:2018
- 期刊:西安交通大学学报
- 影响因子:--
- 作者:张俊;陈卫华;任树伟;辛锋先;陈天宁;卢天健
- 通讯作者:卢天健
蜂窝层芯夹层板结构振动与传声特性研究
- DOI:--
- 发表时间:2013
- 期刊:力学学报
- 影响因子:--
- 作者:任树伟;辛锋先;卢天健
- 通讯作者:卢天健
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