专利名称：水下自适应曲面复合声学材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种船舶机械振动与噪声控制技术领域的声学材料。
背景技术：
船舶及海洋工程结构的水下振动不仅会影响设备的正常工作，危害结构的安全性，还会在结构与流场表面产生水下声辐射，对周围海洋环境形成噪声污染，并对船舶与海洋工程结构的水声探测、定位产生影响，特别是随着压力的增加，普通声学材料的声学性能将大幅下降，导致船舶及海洋工程结构深水声学防护性能大幅降低，严重影响船舶及海洋工程结构性能的正常发挥。因此，降低船舶及海洋结构水下振动噪声对于减少海洋噪声污染、提高船舶及海洋工程结构性能具有重要意义。为降低船舶及海洋工程结构的水下振动，减小船舶及海洋工程结构的水下声辐射，声学防护材料得到了迅速发展如中国专利CN200620049617.3提出了一种圆锥形空腔水下吸声板结构，该结构具有良好的吸声性能，且安装后表面较为平整。中国专利 CN200920303498. 3发明了一种兼具吸声与隔声性能的吸声与隔声复合声屏障，使之兼具吸声及隔声性能；但该结构复杂，且主要应用于空气声的吸收与隔离，不适用于船舶及海洋工程结构的水下声学防护。俄罗斯专利RU2138858介绍了一种水下声屏，由上下两层组成， 下层由橡胶材料制作，层内侧有半穿孔的深槽和凸台，上层由刚性大的材料制作，内侧有凸台，其横截面相当于棒的断面，将上层的凸台插入下层材料的深槽中，形成了密闭空气腔； 该结构两层复合工艺较复杂，工程应用有较大局限性。美国专利US4164727介绍了一种水声吸声和反射装备，它由三层组成，中间橡胶层带空气腔，上下两层为金属密封盖板。该结构的缺点是其耐压性差，压力增大将严重影响其隔声效率，此外，该结构存在刚性的金属加强层，因此该结构很难贴敷于弯曲结构表面处。
发明内容
本发明的目的在于提供可在较宽频带范围内抑制结构的水下振动声辐射、有效改善船舶及海洋工程结构的水下振动声辐射环境的水下自适应曲面复合声学材料。本发明的目的是这样实现的本发明水下自适应曲面复合声学材料，其特征是包括依次相连的阻尼层、自适应隔声去耦层、低辐射曲面吸声层，所述的阻尼层为阻尼高分子材料，阻尼层的厚度为 10-15mm，所述的自适应隔声去耦层包括具有周期性空腔结构的低模量高分子材料和填充于周期性空腔结构的多孔海绵材料，自适应隔声去耦层的厚度为15-20mm，所述的低辐射曲面吸声层为高分子材料，低辐射曲面吸声层上开有通孔。本发明还可以包括1、所述的阻尼高分子材料包括高阻尼橡胶、聚氨酯。2、所述的低模量高分子材料包括软橡胶、聚氨酯材料、聚氨酯橡胶材料，多孔海绵材料包括硫化橡胶、聚氨酯材料。
3、所述的空腔结构为柱形空腔或方形空腔，空腔的直径、高或边长为20_30mm，空腔的中心距为26-36mm。4、所述的高分子材料包括聚氨酯材料，低辐射曲面吸声层表面为二维或三维正弦、余弦曲面，当波长为λ波高为h时，λ为5-8mm，h/X为1. 5_2。本发明的优势在于1、本发明由阻尼层、自适应隔声去耦层及低辐射曲面吸声层三部分结构构成，阻尼层、自适应隔声去耦层及低辐射曲面吸声层依次通过胶粘剂粘连，并通过加压固化成型；2、本结构设计综合利用阻尼损耗吸收、阻抗失配、降低辐射效率等多种降噪技术， 使水下自适应曲面复合声学材料集吸声、隔声及抑振降噪等多种功能于一体；3、本发明低辐射曲面吸声层内设置通孔，可保障自适应隔声去耦层内外具有相同的静水压力，从而大幅提高材料的耐水压性能，使材料在深水压力下仍可保持较好的声学性能；4、本发明为一水下曲面声学材料，其吸声层表面为粗糙曲面，其水下隔声降噪效果较同重量平板型声学材料更好，适用频带更宽；5、本发明材料通过胶粘剂粘贴于防护结构表面，防止了海水与防护结构的接触， 可提高防护结构的耐腐蚀性和安全性；6、本发明结构简单，施工方便，具有良好的应用前景。
图1为本发明的结构示意图；图2为A-A视图；图3为B-B视图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细地描述结合图1 3，本发明的目的在于提供一种水下耐压、宽频吸隔声抑振降噪复合声学材料，较好地降低船舶及海洋工程结构的水下振动声辐射，改善防护结构水下声学环境。本发明是通过以下技术方案实现的，所述水下自适应曲面复合声学材料由阻尼层、自适应隔声去耦层、低辐射曲面吸声层组成。阻尼层、自适应隔声去耦层、低辐射曲面吸声层依次分布于防护结构外表面；阻尼层、自适应隔声去耦层及低辐射曲面吸声层通过胶粘剂粘连，并通过加压固化成型。所述阻尼层为具有高弹性及损耗模量的阻尼高分子材料(如高阻尼橡胶及聚氨酯等材料)；阻尼层厚度由水下自适应曲面复合声学材料抑振降噪指标确定，一般可控制在IOmm 15mm之间；适当增加阻尼层厚度可降低防护结构的表面振速，从而降低防护结构的水下振动声辐射。所述自适应隔声去耦层由具有周期性空腔结构的低模量高分子材料(如软橡胶、 聚氨酯材料、聚氨酯橡胶材料等)及填充于周期性空腔的多孔海绵材料构成。周期性空腔贯穿于自适应隔声去耦层厚度方向，空腔可为柱形空腔或方型空腔，空腔直径或边长一般为20mm 30mm，空腔中心间距一般为^mm 36mm。多孔海绵材料由弹性模量较低、损耗特性较大的硫化橡胶或聚氨酯材料构成，多孔海绵材料填充于柱形或方形空腔内部。自适应隔声去耦层厚度由水下自适应曲面复合声学材料的抑振降噪指标确定，一般为15mm 20mm。空腔越大，其低频隔声性能愈好，适用频带愈宽；隔声层愈厚，其隔声效果愈好。所述低辐射曲面吸声层由具有高损耗特性、表面粗糙的高分子材料(如聚氨酯材料)及贯穿于厚度方向的微型通孔构成，其阻抗与周围海水介质较为接近，以便吸收周围海水中的声波。表面粗糙可使曲面吸声层的声辐射效率更低，使水下自适应曲面复合声学材料的辐射效率降低。低辐射曲面吸声层表面为二维或三维正弦、余弦曲面，使水下自适应曲面复合声学材料的辐射效率进一步降低，曲面形状由水下自适应曲面复合声学材料的适用频带范围确定；如设正弦波波长为λ，波高为h，h—般为5mm 8mm，h/λ —般为1. 5 2;增大h/λ或h，可提高水下自适应曲面复合声学材料的吸声及隔声效果。微型通孔贯穿曲面吸声层，可保障外部海水介质流入自适应隔声去耦层内部，使水下自适应耐压声学复合材料的内外压力保持一致，提高材料的耐压性能。水下自适应曲面复合声学材料的工作原理是综合运用阻尼抑振、阻抗失配隔声、损耗吸收、波形转换、降低辐射效率等多种减振降噪方式构成多层复合声学材料利用阻尼减振原理利设置阻尼层以降低防护结构表面振速；利用损耗吸声原理，在自适应隔声去耦层内部设置多孔海绵结构，使结构声传递出现波形转换及较大损耗，增加其吸隔声性能；结合声辐射原理，将吸声层外表面设计成波形曲面形状，以降低水下自适应曲面复合声学材料的声辐射效率，达到充分耗散声波能量的效果；基于阻抗失配原理，将阻尼层、自适应隔声去耦层、吸声层设计为不同阻抗层，阻隔声波能量向外界的传递，以有效降低结构振动和辐射；低辐射曲面吸声层内设置通孔，可保障材料内外压力一致，使水下自适应曲面复合声学材料在深水压力作用下仍可保障较好的抑振降噪效果。水下自适应曲面复合声学材料应用于实船及海洋工程结构水下声学防护时，可采取如下方式实施(1)对防护结构振动特性进行分析，确定防护结构声传递主导传递途径，进而确定防护结构敷设区域位置、大小及形状。(2)提出水下自适应曲面复合声学材料的防护要求(吸声性能、隔声性能、抑振性能、耐压性能及带宽要求)。(3)根据水下自适应曲面复合声学材料的抑振性能及带宽要求设计阻尼层；根据水下自适应曲面复合声学材料的隔声性能、耐压性能及带宽要求设计自适应隔声去耦层厚度及材料；根据水下自适应曲面复合声学材料的吸声性能及带宽要求设计低辐射曲面吸声层材料、厚度及曲面形状参数(见附图2所示)。在确定水下自适应曲面复合声学材料结构尺寸时，需充分考虑防护结构的水下振动噪声特性如防护结构抑振隔声要求较高时，可适当增加阻尼层及自适应隔声去耦层厚度3mm 5mm ；如要求水下自适应曲面复合声学材料具备良好的吸声性能，则可加大低辐射曲面吸声层厚度3mm 5mm。(4)根据上述方法确定的水下自适应曲面复合声学材料结构形式，制作 0. 5mX0. 5m或0. 75mX0. 75m尺寸的模具，并将阻尼层、自适应隔声去耦层及低辐射曲面吸声层依次放置好，采用胶粘剂加压固化成型。
( 根据敷设区域的几何外形、尺寸确定声学材料布置的数量及固定方式。对敷设区域表面进行除锈、表面预处理，采用胶粘剂将阻尼层面和钢板表面压合粘接即可。
权利要求
1.水下自适应曲面复合声学材料，其特征是包括依次相连的阻尼层、自适应隔声去耦层、低辐射曲面吸声层，所述的阻尼层为阻尼高分子材料，阻尼层的厚度为10-15mm，所述的自适应隔声去耦层包括具有周期性空腔结构的低模量高分子材料和填充于周期性空腔结构的多孔海绵材料，自适应隔声去耦层的厚度为15-20mm，所述的低辐射曲面吸声层为高分子材料，低辐射曲面吸声层上开有通孔。
2.根据权利要求1所述的水下自适应曲面复合声学材料，其特征是所述的阻尼高分子材料包括高阻尼橡胶、聚氨酯。
3.根据权利要求1或2所述的水下自适应曲面复合声学材料，其特征是所述的低模量高分子材料包括软橡胶、聚氨酯材料、聚氨酯橡胶材料，多孔海绵材料包括硫化橡胶、聚氨酯材料。
4.根据权利要求1或2所述的水下自适应曲面复合声学材料，其特征是所述的空腔结构为柱形空腔或方形空腔，空腔的直径、高或边长为20-30mm，空腔的中心距为沈-36讓。
5.根据权利要求3所述的水下自适应曲面复合声学材料，其特征是所述的空腔结构为柱形空腔或方形空腔，空腔的直径、高或边长为20-30mm，空腔的中心距为26_36mm。
6.根据权利要求1或2所述的水下自适应曲面复合声学材料，其特征是所述的高分子材料包括聚氨酯材料，低辐射曲面吸声层表面为二维或三维正弦、余弦曲面，当波长为入波高为h时，λ为5-8mm，h/λ为1. 5_2。
7.根据权利要求3所述的水下自适应曲面复合声学材料，其特征是所述的高分子材料包括聚氨酯材料，低辐射曲面吸声层表面为二维或三维正弦、余弦曲面，当波长为λ波高为 h 时，λ 为 5-8mm，h/λ 为 1. 5-2。
8.根据权利要求4所述的水下自适应曲面复合声学材料，其特征是所述的高分子材料包括聚氨酯材料，低辐射曲面吸声层表面为二维或三维正弦、余弦曲面，当波长为λ波高为 h 时，λ 为 5-8_，h/λ 为 1. 5-2。
9.根据权利要求5所述的水下自适应曲面复合声学材料，其特征是所述的高分子材料包括聚氨酯材料，低辐射曲面吸声层表面为二维或三维正弦、余弦曲面，当波长为λ波高为 h 时，λ 为 5-8mm，h/λ 为 1. 5-2。
全文摘要
本发明的目的在于提供水下自适应曲面复合声学材料，包括依次相连的阻尼层、自适应隔声去耦层、低辐射曲面吸声层，所述的阻尼层为阻尼高分子材料，阻尼层的厚度为10-15mm，所述的自适应隔声去耦层包括具有周期性空腔结构的低模量高分子材料和填充于周期性空腔结构的多孔海绵材料，自适应隔声去耦层的厚度为15-20mm，所述的低辐射曲面吸声层为高分子材料，低辐射曲面吸声层上开有通孔。本发明可在较宽频带范围内抑制结构的水下振动声辐射、有效改善船舶及海洋工程结构的水下振动声辐射环境。
文档编号G10K11/16GK102568465SQ20121001106
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月14日 优先权日2012年1月14日
发明者姚熊亮, 孙龙泉, 尹绪超, 庞福振, 庞福滨, 杨娜娜, 计方, 金叶青 申请人:哈尔滨工程大学