流体粘度对通孔泡沫铝水下声学特性的影响.pdf

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1、第36卷第6期2014年6月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．36．No．6Jun．，2014流体粘度对通孔泡沫铝水下声学特性的影响姚欣鹏，何世平(海军工程大学机械工程系，湖北武汉430033)摘要：对流体饱和状态的通孔泡沫铝的水下声学性能进行实验研究，测试500～4000Hz频率范围内不同粘度流体饱和状态下的水下反声系数和透声系数。结果表明，通孔泡沫铝中充人流体的粘度对其水下声学特性有非常大的影响：低粘度流体tt年-1的通孔泡沫铝有优良的水下反声性能，而高粘度的流体饱和通

2、孔泡沫铝有较好的吸声性能；流体的粘度对通孔泡沫的反声性能有所降低，对吸声性能有较大的提高；通孔泡沫铝在低粘度的流体饱和状态下隔声性能较好。关键词：通孔泡沫铝；水下；声学性能；流体饱和；粘度中图分类号：0427文献标识码：A文章编号：1672—7649(2014)06—0068—05doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2014．06．013Theeffectoffluidviscosityinopen-cellfoamaluminumonunderwateracousticcharact

3、eristicsYAOXin—peng，HEShi—ping(DepartmentofMechanicalEngineering，NavalUniversityofEngineering，Wuhan430033，China)通孔泡沫金属是一种金属骨架里无序分布着大量孔洞的新型材料，它实现了结构材料的轻质多功能化，具备低比重(等效密度接近于水)、高比强度、高比刚度、高能量吸收、阻尼减振、电磁屏蔽等优良的综合性能。1。3。。目前，对泡沫金属的研究主要集中在泡沫金属的制备和性能表征上。由于通孔泡沫铝具有良好的声学

4、特性，有关泡沫铝声学特性机理和应用的研究成果很多。据已有的文献来看，通孔泡沫铝的声学性能研究主要集中在空气吸声的研究H“。，有少量的实验研究集中于通孔泡沫铝水中吸声性能。8。1⋯。另外，有实验研究表明，通孔泡沫铝的内部填充状态对其水下声学特性有非常大的影响。11。”。。在理论上，席根通过对声音在圆柱管和缝中传播的模型，详细讨论了多孔媒介中粘滞性和热传导性，并得到相关的理论n⋯。王晓林建立了一个水下吸声优化模型，指出通过合理选择参数，粘性流体饱和的多孔金属在500Hz附近吸声系数能达到0．8以上。14。1“。

5、泡沫铝在特征阻抗相近而粘度不同饱和流体状态下，吸声性能会由于粘滞吸收作用而提高。随着收稿日期：2013—04—02；修回日期：2013—05—28作者简介：姚欣鹏(1988一)，男，硕士研究生，研究方向为声学材料。姗h小嗍一一邮一啪～∞一咿2；舢～一～．一一一一．一一～一一～一一一一一～一一一一～一幽嚣呐淼‰皿叩叩油舭{

6、霉一掣神叩．～．一一～一～一一一．～一_奏～出一斌岫_萤一一_蕈舢．一_茎唧l量～呱一一一一一．一吣一一～一一～一一一～一．一～～一一删一一一mkmdmd．血㈣咒锄‰～嘲～捌嘶一Ⅱ，S旧e

7、“哐一一一一一一一～～一一～一一～一一一．一一一曲栅枷．啊_董暾嘣姗№第6期姚欣鹏，等：流体粘度对通孔泡沫铝水下声学特性的影响．69．吸声系数的提高，通孔泡沫铝的反声和隔声性能相应的改变。通孔测试充人不同粘性流体的通孔泡沫铝样品在500～4000Hz下的水下反声系数和吸声系数，并对实验结果进行讨论，讨论流体粘度对其吸声性能、反声性能的相互影响。1水下声学实验方法通孔泡沫铝的声学系数测量采用双水听器传递函数法。图1为水声声管测试系统的原理图。从图中可知，通过测量声管人射段①～②和透射段③～④两个位置的复声压，

8、将管内驻波场中正反传播的两列波分离，并把入射段分离出来的反射波和入射波相比，可以得到声压反射系数r。将透射波和入射波相比，可以得到声压透射系数t。根据能量吸声系数理定义：法向入射平面波进入试件表面后被吸收的声功率与入射声功率的比值，可以求得d=1一r2一t2。吸声背衬被测样品计算机I④．j数据采集仪(OROS或TOP)③②①水听器‘J水声发射换能器图1水声声管反声系数测试系统Fig．1Thesketchofexperimentalmeasuringsystemtotoefficientofsound测试过程

9、中，为提高系统信噪比从而提高测试精度，采用单频激励的方法。由信号源发出单频正弦波信号，经功率放大器放大后激励水声发射换能器，换能器向声管内发射出一列正弦波。声波在遇到被测样品会产生反射和透射。一段时问后，声管内存在入射段的入射波P。和反射波P，，透射段的透射波P，和透射反射波P：，等4个声波。这4个声波分别叠加后的信号由管中的4个水听器接收，其信号经数据采集仪采集后送至计算机进行分析计算，得出被测试样的声学性能数