【摘 要】
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微穿孔板（Micro-perforated panel,MPP）是重要的声学基本结构,具有结构简单、清洁无污染等优点,因而广泛用于室内减噪、消声器设计等吸声领域。当前,微穿孔板的研究应用局限于空气介质中;本文将微穿孔板结构引入至水下吸声领域,尝试解决浸液微穿孔板（Infiltrated micro-perforated panel,IMPP）吸声结构水下吸声应用过程中的声学建模、吸声耗能机理、压电
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“含压电-微穿孔板水下智能声学覆盖层多重吸声机理与控制研究”（编号 5157051440）; 华中科技大学创新研究院技术创新基金项目“含亚波长压电阵列的水下功能梯度覆盖层声隐身机理研究”（编号2018JYCXJJ039）
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微穿孔板（Micro-perforated panel,MPP）是重要的声学基本结构,具有结构简单、清洁无污染等优点,因而广泛用于室内减噪、消声器设计等吸声领域。当前,微穿孔板的研究应用局限于空气介质中;本文将微穿孔板结构引入至水下吸声领域,尝试解决浸液微穿孔板（Infiltrated micro-perforated panel,IMPP）吸声结构水下吸声应用过程中的声学建模、吸声耗能机理、压电半主动吸声等方面问题。论文以理论解析方法为主,结合多物理场仿真、水声阻抗管测试等技术,将微穿孔板结构的低频吸声优势拓展于水声覆盖层,为突破当前水下航行器的中低频及宽频带吸声瓶颈提供一种新的思路。论文主要内容如下:（1）建立基于粘滞运动方程、微孔热黏性仿真、声固耦合振动分析的浸液柔性微穿孔板吸声特性预测模型,解决空气介质微穿孔板理论应用于浸液吸声时的适用性、准确性问题。具体工作包括:基于粘滞运动方程求解浸液刚性微穿孔板的声阻抗特性,结合浸液短管末端声辐射效应、热传导吸收效应修正浸液刚性微穿孔板声阻抗计算模型;基于Kirchhoff薄板理论、声波方程及连续性条件,对柔性微穿孔板-浸液层声振耦合系统进行建模及求解,并在振动模态数值计算基础上提出浸液柔性微穿孔板吸声特性简化分析模型,研究声振耦合效应对浸液微穿孔板吸声特性的影响;采用脉冲响应法与双水听器传递函数法相结合的宽频水声测量方法,测试验证浸液微穿孔板吸声体的吸声性能;研究结构参数对浸液微穿孔板吸声体吸声性能的影响。（2）将浸液微穿孔板结构引入至粘弹高聚物基体中,提出基于利用应力、振速连续性条件构建混联复合结构等效传递矩阵的方法,研究该复合吸声体的吸声特性及耗能机理,揭示其协同吸声作用机制、低频移频机理。具体工作包括:在广义虎克定律基础上,结合位移场标量势函数及向量势函数,获得粘弹性体、液体中状态变量的四维传递矩阵,构建并求解复合结构的混联等效传递矩阵;求解刚性背衬条件、阻抗匹配条件、卸压条件下含浸液微穿孔板覆盖层的吸声性能,并在水声声管中进行刚性背衬条件下的测试验证;研究含浸液微穿孔板覆盖层的吸声耗能机理,提出阻抗匹配层、微穿孔板吸声体及尺寸效应的协同吸声作用机制,揭示浸液微穿孔板低频移频吸声机理,并探究各参数对吸声性能的影响规律。（3）建立不饱和浸润条件下浸液微穿孔板的吸声预测模型,揭示微孔不饱和浸润的吸声失效机理;针对不饱和浸润问题设计具有良好浸润特性的双侧对称正交加筋微穿孔板结构;基于傅里叶变换及空间波数法将该结构的振动位移进行波数分量叠加,数值求解后利用傅里叶逆变换获得该复合结构的声振特性;研究结构参数对浸液微穿孔板及含浸液微穿孔板覆盖层吸声特性的影响。（4）将压电复合材料引入至浸液微穿孔板谐振层,提出基于宽频动态声阻抗完全匹配目标的RLC元件分阶单控调节方法及低阶联控调节方法,在分流控制电路作用下实现覆盖层的半主动变频吸声。具体工作包括:依据Voigt混合模型求解1-3型压电复合层的等效本构矩阵;基于声波方程、压电方程及声压振速、电流电压关系构建压电层的传递矩阵,并进行算例仿真验证;提出RLC元件分阶单控调节方法及低阶联控调节方法,求解刚性背衬条件下压电复合层电路元件的优化设计参数,实现低频段声阻抗的宽频动态匹配;建立含微穿孔板-压电橡胶复合结构的声学性能计算模型,基于阻抗阻抗匹配目标求解该复合结构分流电路元件的优化设计参数,并制作测试样品验证分流电路对该覆盖层低频吸声性能的提升作用。（5）基于覆盖层结构的物性参数模型、温度分布模型及分层介质理论模型,提出计及温度影响的覆盖层吸声性能预测方法。具体工作包括:采用斯托克斯法测试获得浸润液的粘滞系数-温度曲线;基于采用动态热机械分析仪测试数据、温频等效原理及WLF方程,获得橡胶材料随温度变化的宽频动态模量参数;基于傅里叶热传导公式求解混联复合结构覆盖层的温度场分布;基于分层介质波传播理论研究恒温及非线性温度场分布对覆盖层吸声性能的影响,并在控温水声声管及仿真平台上验证。
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