一种阻尼材料黏弹性动态力学参数的测算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种阻尼材料黏弹性动态力学参数的测算方法，属于噪声控制技术领 域。
【背景技术】
[0002] 声波是海洋中惟一可以远距离传播的能量形式，在当前以及可预计的未来，水下 探测仍将依靠探测声场的变化。因此，降低自身的辐射噪声和声反射特性就成为船舶水下 声隐身的主要措施。
[0003] 降低自身辐射噪声和声反射特性是一项系统工程，需要进行整体声学设计。以黏 弹性阻尼介质为基底材料的声学覆盖层作为水下运动体最外侧的声学防护层，既可以主动 声呐的探测回波，还具有隔振隔声的作用以降低噪声的向外辐射，是提高水下运动体隐身 性能的一种重要技术手段。
[0004] 采用力学方法测量阻尼材料黏弹性动态力学参数已有大量应用，基本原理是通过 测量材料振动特性来计算黏弹性动态力学参数。但是这些力学方法都有各自的局限性，例 如强迫非共振法（赵静、侯宏、孙亮，纵向共振法测量粘弹性材料力学参数，噪声与振动控 制，No. 6,2012)对样品的设计要求较高，振动梁法（宗福开、尤一匡，测定粘弹性材料性能 的改进的振动梁法，江苏化工学院学报，No. 3,1991)的测试频段较低等。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是：提供一种阻尼材料黏弹性动态力学参数的测算方 法，有效提高了黏弹性动态力学参数的有效测量频段，样品结构简单、便于加工，并且该样 品同时可完成声学特性测量，节约了成本。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] -种阻尼材料黏弹性动态力学参数的测算方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤一：在水声声管中分别测量正入射条件下，实心阻尼材料覆盖层的反射系数 R1、以及含圆柱空腔阻尼材料覆盖层的反射系数R2;
[0009] 步骤二：根据实心阻尼材料覆盖层的反射系数R1获得实心阻尼材料覆盖层的纵波 波数Ic 1，根据纵波波数Ic1获得纵波声速c 1;
[0010] 步骤三：根据含圆柱空腔阻尼材料覆盖层的反射系数R2获得含圆柱空腔阻尼材料 覆盖层的轴对称波波数k a;
[0011] 步骤四：根据步骤二所述纵波波数h和步骤三所述轴对称波波数ka获得阻尼材料 的剪切波波数k t，根据剪切波波数1^获得剪切波声速c t;
[0012] 步骤五：根据阻尼材料的密度P、以及步骤二中所述的纵波声速C1、步骤四中所述 的剪切波声速C t获得阻尼材料的拉梅常数λ和剪切模量μ ;
[0013] 步骤六：根据步骤五中所述的拉梅常数λ和剪切模量μ，获得阻尼材料的弹性模 量E和泊松比V。
[0014] 进一步的，所述步骤二中获得纵波声速C1采用的计算公式为c ω /k i，所述步骤 四中剪切波声速Ct采用的计算公式为C1= OVk1，式中：ω圆频率。
[0015] 进一步的，所述步骤四中获得纵波波数Ic1、轴对称波波数ka和剪切波波数k t三者 满足黏弹性波传播的本征方程Λ G^kyk1) =0,求解本征方程得到kt。
[0016] 进一步的，所述步骤五中获得拉梅常数λ和剪切模量μ采用的计算公式分别 为：
[0018] 式中：P为阻尼材料的密度，C1为纵波声速，c ,为剪切波声速。
[0019] 进一步的，所述步骤六中获得弹性模量E和泊松比V采用的计算公式为：
[0021] 式中：λ为拉梅常数，μ为剪切模量。
[0022] 本发明的有益效果如下：
[0023] 1、测量阻尼材料黏弹性动态力学的覆盖层样品结构简单、便于加工，并且该样品 同时可完成声学特性测量，节约了成本；
[0024] 2、克服了振动梁法只有低频测量结果的局限性，有效提高了黏弹性动态力学参数 的有效测量频段，实现了参数测量与机理研究的同步性。
【附图说明】
[0025] 图1是本发明计算的流程框图；
[0026] 图2是含圆柱空腔阻尼材料覆盖层立体结构示意图；
[0027] 图3是本发明测量反射系数原理图；
[0028] 图4是本发明所述圆柱空腔覆盖层的单元中黏弹性圆柱管示意图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍：
[0030] 一种阻尼材料黏弹性动态力学参数的测算方法，包括以下步骤：
[0031] 步骤一：在水声声管中分别测量正入射条件下，实心阻尼材料覆盖层的反射系数 R1、以及含圆柱空腔阻尼材料覆盖层的反射系数R2;具体过程如下：用两个水听器同时测量 各自声压PdP ρ 2，反射系数可由下式计算：
[0033] 式中：R和炉分别是反射系数的模值和相位，H12= Ip2IZlp1I和θ = !^-!^分别 是两个水听器的幅值比和相位差，k。是流体中的传播波数。
[0034] 步骤二：根据实心阻尼材料覆盖层的反射系数R1获得实心阻尼材料覆盖层的纵波 波数Ic1，根据纵波波数Ic1获得纵波声速C 1;
[0035] 步骤三：根据含圆柱空腔阻尼材料覆盖层的反射系数R2获得含圆柱空腔阻尼材料 覆盖层的轴对称波波数k a;
[0036] 步骤四：根据步骤二所述纵波波数Ic1和步骤三所述轴对称波波数ka获得阻尼材料 的剪切波波数k t，根据剪切波波数1^获得剪切波声速c t;
[0037] 步骤五：根据阻尼材料的密度P、以及步骤二中所述的纵波声速C1、步骤四中所述 的剪切波声速Ct获得阻尼材料的拉梅常数λ和剪切模量μ ;
[0038] 步骤六：根据步骤五中所述的拉梅常数λ和剪切模量μ，获得阻尼材料的弹性模 量E和泊松比V。
[0039] 上述步骤二中纵波波数Ic1根据下式计算：
[0041] 式中：P s是阻尼材料密度，ω是圆频率，ρ。和c。分别是流体材料的密度和声速， 山是实心阻尼材料覆盖层厚度。
[0042] 上述步骤三中轴对称波波数ka根据下式计算：
[0044] 式中：P e是含圆柱空腔阻尼材料的等效密度，d 2是含圆柱空腔阻尼材料覆盖层厚 度。
[0045] 上述步骤二中获得纵波声速C1采用的计算公式为c ω/k i，所述步骤四中获得 剪切波声速Ct采用的计算公式为C1= ω/Ic1。
[0046] 上述步骤四中纵波波数Ic1、轴对称波波数ka和剪切波波数k t三者满足黏弹性波传 播的本征方程Λ (kt;k a, Ic1) = 0，即：
[0048] 式中：
分别是径向纵波波数和径向剪切波波数，1和 Y1分别是一阶贝塞尔函数和一阶纽曼函数，a和b分别为圆柱空腔覆盖层的单元中黏弹性 圆柱管的内、外半径。除此之外，式中的其他函数定义如下：
[0050] 求解本征方程得到kt。
[0051] 上述步骤五中获得拉梅常数λ和剪切模量μ采用的计算公式分别为：
[0053] 式中：P为阻尼材料的密度，C1为纵波声速，c ,为剪切波声速。
[0054] 上述步骤六中获得弹性模量E和泊松比V采用的计算公式为：
[0056] 式中：λ为拉梅常数，μ为剪切模量。
[0057] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的 保护范围。
【主权项】
1. 一种阻尼材料黏弹性动态力学参数的测算方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一：在水声声管中分别测量正入射条件下，实心阻尼材料覆盖层的反射系数札、以及含圆柱空腔阻尼材料覆盖层的反射系数R2; 步骤二：由步骤一中实心阻尼材料覆盖层的反射系数&获得实心阻尼材料覆盖层的纵 波波数^，根据纵波波数获得纵波声速c1; 步骤三：由步骤一中含圆柱空腔阻尼材料覆盖层的反射系数私获得含圆柱空腔阻尼材 料覆盖层的轴对称波波数ka; 步骤四：根据步骤二所述纵波波数h和步骤三所述轴对称波波数ka获得阻尼材料的剪 切波波数kt，根据剪切波波数1^获得剪切波声速ct; 步骤五：根据阻尼材料的密度P、以及步骤二中所述的纵波声速(^、步骤四中所述的剪 切波声速ct获得阻尼材料的拉梅常数λ和剪切模量μ; 步骤六：根据步骤五中所述的拉梅常数λ和剪切模量μ，获得阻尼材料的弹性模量Ε和泊松比ν。2. 根据权利要求1所述的一种阻尼材料黏弹性动态力学参数的测算方法，其特征在 于：所述步骤二中获得纵波声速Cl采用的计算公式为Cl=ω/h，所述步骤四中获得剪切波 声速ct采用的计算公式为c:=ω/k:，式中：ω是圆频率。3. 根据权利要求1所述的一种阻尼材料黏弹性动态力学参数的测算方法，其特征在 于：所述步骤四中纵波波数h、轴对称波波数ka和剪切波波数kt三者满足黏弹性波传播的 本征方程Δ = 0,求解本征方程得到kt。4. 根据权利要求1所述的一种阻尼材料黏弹性动态力学参数的测算方法，其特征在 于：所述步骤五中获得拉梅常数λ和剪切模量μ采用的计算公式分别为：- \ k ^ / · 式中：P为阻尼材料的密度，Cl为纵波声速，c,为剪切波声速。5. 根据权利要求5所述的一种阻尼材料黏弹性动态力学参数的测算方法，其特征在 于：所述步骤六中获得弹性模暈E和泊松比ν采用的计算公式为：式中：λ为拉梅常数，μ为剪切模量。
【专利摘要】本发明公开了一种阻尼材料黏弹性动态力学参数的测算方法，在水声声管中分别测量正入射条件下，实心阻尼材料覆盖层、含圆柱空腔阻尼材料覆盖层的反射系数；根据实心阻尼材料覆盖层的反射系数，获得阻尼材料的纵波声速；根据含圆柱空腔阻尼材料覆盖层反射系数，结合黏弹性圆柱管中波传播的本征方程，获得阻尼材料的剪切波声速；根据本构关系获得弹性模量、剪切模量、泊松比等黏弹性动态力学参数。本发明测量阻尼材料黏弹性动态力学的覆盖层样品结构简单、便于加工，并且该样品同时可完成声学特性测量，节约了成本；克服了振动梁法只有低频测量结果的局限性，有效提高了黏弹性动态力学参数的有效测量频段，实现了参数测量与机理研究的同步性。
【IPC分类】G01N29/07
【公开号】CN105259255
【申请号】CN201510718468
【发明人】陶猛, 李绵义, 王广玮
【申请人】贵州大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年10月30日