这项工作提出了一种新的水下耐压夹层结构(PRSS),它同时具有良好的力学和声学性能。PRSS的两块面板为碳纤维增强聚合物(CFRP),核心层由碳纤维桁架(CFT)和嵌腔的橡胶基体构成。制备了PRSS的试验样品,并在不同水压下测量了其吸声系数。同时,在COMSOL软件中建立了PRSS的有限元模型,模拟了其在水中的声传播行为。实验结果与数值结果吻合较好,验证了声管试验和有限元模拟的有效性。实验验证了PRSS在宽带频率范围(2800 Hz-10000 Hz)内的有效吸声系数(≥0.7),并验证了其吸声对压力(0.1 MPa ~ 4 MPa)变化的低灵敏度。然后,通过数值分析探讨了PRSS的吸声机理。在500hz ~ 10000hz范围内存在两个显著的吸收峰。此外,还分析了参数对两个吸收峰的影响,揭示了CFT在引导声能深入结构并产生更大耗散方面的关键“声桥”作用。
本文在综合考虑力学性能和声学性能的基础上,设计制作了具有良好低频宽带吸声性能的PRSS。在大气压(0.1 MPa)、1mpa、2mpa、3mpa、4mpa等不同压力下,通过声管实验测量了PRSS的吸声系数。实验验证了PRSS在宽带频段(2800 Hz-10000 Hz)内的有效吸声系数(≥0.7)。实验结果表明,PRSS的吸波系数对静水压力不敏感。然后对PRSS的机理和表征进行了研究。发现在500hz ~ 10000hz之间存在两个吸收峰。
综上所述,水压对PRSS吸声性能的影响相当微弱,表明该结构在深水设备中具有良好的应用潜力。通过设计CFT带来的“声桥”效应,可以拓宽吸收带宽,使高吸收峰向低频偏移。此外,我们将在未来的工作中继续研究PRSS的声学理论模型,旨在为相关结构的吸声设计提供理论工具。
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