阻抗渐变梯度复合材料设计制备及性能研究.pdf

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1、硕士学位论文阻抗渐变梯度复合材料设计制备及性能研究RESEARCHONACOUSTICCHARACTERISTICOFCOMPOSITEWITHGRADIENTCHANGEOFIMPEDANCE冯译文哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB564学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文阻抗渐变梯度复合材料设计制备及性能研究硕士研究生：冯译文导师：张广玉教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB564U.D.C:62

2、1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONACOUSTICCHARACTERISTICOFCOMPOSITEWITHGRADIENTCHANGEOFIMPEDANCECandidate：YiwenFengSupervisor：Prof.ZhangGuangyuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeri

3、ngDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要声阻抗梯度渐变介质是由多层结构发展成的一种新型声结构。本文在大量调研声学吸声材料及结构的基础上，结合理论推导及有限元仿真的方法，基于潜艇吸声覆盖层的应用背景，以低频吸声为目标设计了阻抗渐变复合材料，并通过样品制备及声学测试进行了部分仿真结果的实验验证。理论推导部分基于简谐声波方程和阻抗率转移公式，得到了阻抗以不同渐变形式变化媒介的声学性能系数。通过建立声波在非均

4、质介质中传播的理论模型，从理想流体中小振幅声波运动方程出发，引入声阻抗和声波行进时间，通过变换声波方程形式及求解一维声波方程，得到阻抗分布与时间之间需满足的关系。利用离散分层将任意界面的入射声压与透射声压联系起来，给出了一种分析介质声学性能的方式，即通过确定声波在非均质介质中的传播时间，求得相应的位置，进而得到介质的声学性能系数。结合本文研究目标，引入阻抗率转移方程，推导得到典型阻抗渐变分布形式介质对应的声透射系数。在理论推导的基础上，基于有限元仿真软件建立了阻抗渐变介质水下吸声模型，研究了单胞阻抗变化形式（线性、二次型、指数型、悬链线型）、双胞元阻抗变化

5、形式，对阻抗渐变复合材料声学性能（吸收系数、反射系数、透射系数）的影响规律，以低频高吸声为目标确定了最佳的阻抗渐变形式。为易于制备及工程应用，将连续渐变阻抗离散分层，研究了分层方式（按厚度等分、按阻抗等分）对阻抗渐变复合材料声学性能的影响，对比分析确定较优离散分层方式。利用高纯铁粉作为填料，聚脲作为基材，制作了不同组分比例的Fe/PU均质复合材料，利用超声测试装置测试了复合材料的特征声阻抗，得出了均质Fe/PU复合材料的填料比例与其特征声阻抗的对应关系，并以此为选材依据，按理论计算的结果制备了不同渐变形式的阻抗渐变多层复合材料。利用水声脉冲管声学测试装置测

6、试了所得多层复合材料的吸声吸能并与仿真模拟结果进行了对比，验证了仿真模拟的正确性。关键词：声阻抗渐变；梯度结构；阻抗率转移方程；声学性能测试-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThemediumwithgradientchangeofacousticimpedanceisanewacousticstructurewhichdevelopedfrommultiplelayerstructures.Withsoundabsorptioncoatingofsubmarineasresearchbackground,alayeredsoundabs

7、orptionstructurewithgradientchangeofimpedanceisdesignedwithlow-frequencyhighsoundabsorptionasthegoalbytheoreticalderivationandfiniteelementsimulationinthispaper.Also,theexperimentalverificationofpartialsimulationresultsareperformedbysamplepreparationandacoustictests.Basedonsimpleh

8、armonicacousticwaveequationandimp