一種阻尼材料黏彈性動態力學參數的測算方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種阻尼材料黏彈性動態力學參數的測算方法，屬于噪聲控制技術領 域。
【背景技術】
[0002] 聲波是海洋中惟一可以遠距離傳播的能量形式，在當前以及可預計的未來，水下 探測仍將依靠探測聲場的變化。因此，降低自身的輻射噪聲和聲反射特性就成為船舶水下 聲隱身的主要措施。
[0003] 降低自身輻射噪聲和聲反射特性是一項系統工程，需要進行整體聲學設計。以黏 彈性阻尼介質為基底材料的聲學覆蓋層作為水下運動體最外側的聲學防護層，既可以主動 聲吶的探測回波，還具有隔振隔聲的作用以降低噪聲的向外輻射，是提高水下運動體隱身 性能的一種重要技術手段。
[0004] 采用力學方法測量阻尼材料黏彈性動態力學參數已有大量應用，基本原理是通過 測量材料振動特性來計算黏彈性動態力學參數。但是這些力學方法都有各自的局限性，例 如強迫非共振法（趙靜、侯宏、孫亮，縱向共振法測量粘彈性材料力學參數，噪聲與振動控 制，No. 6,2012)對樣品的設計要求較高，振動梁法（宗福開、尤一匡，測定粘彈性材料性能 的改進的振動梁法，江蘇化工學院學報，No. 3,1991)的測試頻段較低等。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題是：提供一種阻尼材料黏彈性動態力學參數的測算方 法，有效提高了黏彈性動態力學參數的有效測量頻段，樣品結構簡單、便于加工，并且該樣 品同時可完成聲學特性測量，節約了成本。
[0006] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
[0007] -種阻尼材料黏彈性動態力學參數的測算方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟一：在水聲聲管中分別測量正入射條件下，實心阻尼材料覆蓋層的反射系數 R1、以及含圓柱空腔阻尼材料覆蓋層的反射系數R2;
[0009] 步驟二：根據實心阻尼材料覆蓋層的反射系數R1獲得實心阻尼材料覆蓋層的縱波 波數Ic 1，根據縱波波數Ic1獲得縱波聲速c 1;
[0010] 步驟三：根據含圓柱空腔阻尼材料覆蓋層的反射系數R2獲得含圓柱空腔阻尼材料 覆蓋層的軸對稱波波數k a;
[0011] 步驟四：根據步驟二所述縱波波數h和步驟三所述軸對稱波波數ka獲得阻尼材料 的剪切波波數k t，根據剪切波波數1^獲得剪切波聲速c t;
[0012] 步驟五：根據阻尼材料的密度P、以及步驟二中所述的縱波聲速C1、步驟四中所述 的剪切波聲速C t獲得阻尼材料的拉梅常數λ和剪切模量μ ;
[0013] 步驟六：根據步驟五中所述的拉梅常數λ和剪切模量μ，獲得阻尼材料的彈性模 量E和泊松比V。
[0014] 進一步的，所述步驟二中獲得縱波聲速C1采用的計算公式為c ω /k i，所述步驟 四中剪切波聲速Ct采用的計算公式為C1= OVk1，式中：ω圓頻率。
[0015] 進一步的，所述步驟四中獲得縱波波數Ic1、軸對稱波波數ka和剪切波波數k t三者 滿足黏彈性波傳播的本征方程Λ G^kyk1) =0,求解本征方程得到kt。
[0016] 進一步的，所述步驟五中獲得拉梅常數λ和剪切模量μ采用的計算公式分別 為：
[0018] 式中：P為阻尼材料的密度，C1為縱波聲速，c ,為剪切波聲速。
[0019] 進一步的，所述步驟六中獲得彈性模量E和泊松比V采用的計算公式為：
[0021] 式中：λ為拉梅常數，μ為剪切模量。
[0022] 本發明的有益效果如下：
[0023] 1、測量阻尼材料黏彈性動態力學的覆蓋層樣品結構簡單、便于加工，并且該樣品 同時可完成聲學特性測量，節約了成本；
[0024] 2、克服了振動梁法只有低頻測量結果的局限性，有效提高了黏彈性動態力學參數 的有效測量頻段，實現了參數測量與機理研究的同步性。
【附圖說明】
[0025] 圖1是本發明計算的流程框圖；
[0026] 圖2是含圓柱空腔阻尼材料覆蓋層立體結構示意圖；
[0027] 圖3是本發明測量反射系數原理圖；
[0028] 圖4是本發明所述圓柱空腔覆蓋層的單元中黏彈性圓柱管示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合附圖及具體的實施例對發明進行進一步介紹：
[0030] 一種阻尼材料黏彈性動態力學參數的測算方法，包括以下步驟：
[0031] 步驟一：在水聲聲管中分別測量正入射條件下，實心阻尼材料覆蓋層的反射系數 R1、以及含圓柱空腔阻尼材料覆蓋層的反射系數R2;具體過程如下：用兩個水聽器同時測量 各自聲壓PdP ρ 2，反射系數可由下式計算：
[0033] 式中：R和爐分別是反射系數的模值和相位，H12= Ip2IZlp1I和θ = !^-!^分別 是兩個水聽器的幅值比和相位差，k。是流體中的傳播波數。
[0034] 步驟二：根據實心阻尼材料覆蓋層的反射系數R1獲得實心阻尼材料覆蓋層的縱波 波數Ic1，根據縱波波數Ic1獲得縱波聲速C 1;
[0035] 步驟三：根據含圓柱空腔阻尼材料覆蓋層的反射系數R2獲得含圓柱空腔阻尼材料 覆蓋層的軸對稱波波數k a;
[0036] 步驟四：根據步驟二所述縱波波數Ic1和步驟三所述軸對稱波波數ka獲得阻尼材料 的剪切波波數k t，根據剪切波波數1^獲得剪切波聲速c t;
[0037] 步驟五：根據阻尼材料的密度P、以及步驟二中所述的縱波聲速C1、步驟四中所述 的剪切波聲速Ct獲得阻尼材料的拉梅常數λ和剪切模量μ ;
[0038] 步驟六：根據步驟五中所述的拉梅常數λ和剪切模量μ，獲得阻尼材料的彈性模 量E和泊松比V。
[0039] 上述步驟二中縱波波數Ic1根據下式計算：
[0041] 式中：P s是阻尼材料密度，ω是圓頻率，ρ。和c。分別是流體材料的密度和聲速， 山是實心阻尼材料覆蓋層厚度。
[0042] 上述步驟三中軸對稱波波數ka根據下式計算：
[0044] 式中：P e是含圓柱空腔阻尼材料的等效密度，d 2是含圓柱空腔阻尼材料覆蓋層厚 度。
[0045] 上述步驟二中獲得縱波聲速C1采用的計算公式為c ω/k i，所述步驟四中獲得 剪切波聲速Ct采用的計算公式為C1= ω/Ic1。
[0046] 上述步驟四中縱波波數Ic1、軸對稱波波數ka和剪切波波數k t三者滿足黏彈性波傳 播的本征方程Λ (kt;k a, Ic1) = 0，即：
[0048] 式中：
分別是徑向縱波波數和徑向剪切波波數，1和 Y1分別是一階貝塞爾函數和一階紐曼函數，a和b分別為圓柱空腔覆蓋層的單元中黏彈性 圓柱管的內、外半徑。除此之外，式中的其他函數定義如下：
[0050] 求解本征方程得到kt。
[0051] 上述步驟五中獲得拉梅常數λ和剪切模量μ采用的計算公式分別為：
[0053] 式中：P為阻尼材料的密度，C1為縱波聲速，c ,為剪切波聲速。
[0054] 上述步驟六中獲得彈性模量E和泊松比V采用的計算公式為：
[0056] 式中：λ為拉梅常數，μ為剪切模量。
[0057] 以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在 不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的 保護范圍。
【主權項】
1. 一種阻尼材料黏彈性動態力學參數的測算方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一：在水聲聲管中分別測量正入射條件下，實心阻尼材料覆蓋層的反射系數札、以及含圓柱空腔阻尼材料覆蓋層的反射系數R2; 步驟二：由步驟一中實心阻尼材料覆蓋層的反射系數&獲得實心阻尼材料覆蓋層的縱 波波數^，根據縱波波數獲得縱波聲速c1; 步驟三：由步驟一中含圓柱空腔阻尼材料覆蓋層的反射系數私獲得含圓柱空腔阻尼材 料覆蓋層的軸對稱波波數ka; 步驟四：根據步驟二所述縱波波數h和步驟三所述軸對稱波波數ka獲得阻尼材料的剪 切波波數kt，根據剪切波波數1^獲得剪切波聲速ct; 步驟五：根據阻尼材料的密度P、以及步驟二中所述的縱波聲速(^、步驟四中所述的剪 切波聲速ct獲得阻尼材料的拉梅常數λ和剪切模量μ; 步驟六：根據步驟五中所述的拉梅常數λ和剪切模量μ，獲得阻尼材料的彈性模量Ε和泊松比ν。2. 根據權利要求1所述的一種阻尼材料黏彈性動態力學參數的測算方法，其特征在 于：所述步驟二中獲得縱波聲速Cl采用的計算公式為Cl=ω/h，所述步驟四中獲得剪切波 聲速ct采用的計算公式為c:=ω/k:，式中：ω是圓頻率。3. 根據權利要求1所述的一種阻尼材料黏彈性動態力學參數的測算方法，其特征在 于：所述步驟四中縱波波數h、軸對稱波波數ka和剪切波波數kt三者滿足黏彈性波傳播的 本征方程Δ = 0,求解本征方程得到kt。4. 根據權利要求1所述的一種阻尼材料黏彈性動態力學參數的測算方法，其特征在 于：所述步驟五中獲得拉梅常數λ和剪切模量μ采用的計算公式分別為：- \ k ^ / · 式中：P為阻尼材料的密度，Cl為縱波聲速，c,為剪切波聲速。5. 根據權利要求5所述的一種阻尼材料黏彈性動態力學參數的測算方法，其特征在 于：所述步驟六中獲得彈性模暈E和泊松比ν采用的計算公式為：式中：λ為拉梅常數，μ為剪切模量。
【專利摘要】本發明公開了一種阻尼材料黏彈性動態力學參數的測算方法，在水聲聲管中分別測量正入射條件下，實心阻尼材料覆蓋層、含圓柱空腔阻尼材料覆蓋層的反射系數；根據實心阻尼材料覆蓋層的反射系數，獲得阻尼材料的縱波聲速；根據含圓柱空腔阻尼材料覆蓋層反射系數，結合黏彈性圓柱管中波傳播的本征方程，獲得阻尼材料的剪切波聲速；根據本構關系獲得彈性模量、剪切模量、泊松比等黏彈性動態力學參數。本發明測量阻尼材料黏彈性動態力學的覆蓋層樣品結構簡單、便于加工，并且該樣品同時可完成聲學特性測量，節約了成本；克服了振動梁法只有低頻測量結果的局限性，有效提高了黏彈性動態力學參數的有效測量頻段，實現了參數測量與機理研究的同步性。
【IPC分類】G01N29/07
【公開號】CN105259255
【申請號】CN201510718468
【發明人】陶猛, 李綿義, 王廣瑋
【申請人】貴州大學
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年10月30日