[发明专利]一种具有水下吸声特性的点阵结构

说明书

本发明公开了一种具有水下吸声特性的点阵结构，属于水下吸声技术领域，能够解决目前水下结构低频及宽频降噪困难的问题。本发明结构由薄壁立方体胞元周期性排布构成，所述薄壁立方体胞元面板经过开槽具有手性的特征，在面板内测中心处附加圆柱形凸起，以此降低面板手性微结构的固有频率，并增加声波在胞元内部的散射及反射。所述薄壁立方体胞元具有杆系点阵结构特征，形成的整体结构具备一定的力学承载能力。本发明可以在低频段实现宽频水下强吸声，结构形式简单，可以通过3D打印制备，可用于具有承载要求的水下吸声设施。

技术领域

本发明属于水下吸声技术领域，尤其涉及一种具有水下吸声特性的点阵结构。

背景技术

声波是在水下唯一能够远距离传输的能量辐射形式。潜艇等水下航行器由于舱内动力机电设备运转不可避免的产生振动和噪声，这些振动和噪声通过与设备连接的底座或管道，以声波的形式向周围空间辐射并进行传播，导致潜艇所在区域声场明显增大。在水下军事对抗中，声波探测是锁定舰艇位置，实施精确打击的重要手段。因此，降低噪声，发展水下吸声技术，是提高水下武器装备隐蔽性，增强其作战能力的关键。

由胞元组成的周期性点阵结构经过微结构设计，可以具有轻质、比强度高、比刚度高的特性，被广泛应用于航空航天，建筑工程及车辆船舶等领域。点阵结构可设计性强，结合结构多功能一体化的需求，具备优异承载性能的点阵结构成为具有承载需求的构件实现多功能化的一种良好的基础结构。

声学超材料是一种通过微结构设计实现超常声学性能的“新材料”，通常为周期结构，由于微结构拓扑形式的不同，可以对声波产生特殊的调控作用，从而可以表现出与传统的均质构件不同的吸隔声特性。特殊设计的声学超材料可以打破质量密度定律，在质量较轻的情况下，实现低频的减振降噪，也可以在小尺寸情况下，控制大波长声波，即可以实现利用轻质小尺寸结构达到低频减振降噪效果。

目前，声学超材料的研究多集中于通过微结构设计实现超常的声学性能，设计过程中，未考虑承载性能。水下吸声结构，通常需要一定的承载能力，因此，声学超材料难以在水下装备具有承载需求的结构部位发挥作用。传统点阵结构质量较轻，受质量密度定律限制，其吸隔声效果较差，难以实现低频水下吸声。综合来看，两种结构单一发挥作用，无法实现水下具有承载需求的结构部件的低频吸声效果。

发明内容

本发明提供了一种具有水下吸声特性的点阵结构，可以实现低频宽频水下吸声，并且具有一定的承载能力，可以解决具有承载需求的水下吸声结构低频吸声较弱、频带较窄的问题。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有水下吸声特性的点阵结构，由立方体胞元沿三维方向周期性扩展构成；所述立方体胞元为薄壁结构，所述胞元每一面的面板经过开槽设计分解为手性结构1、细杆2、边框3、宽槽4、窄槽5，各部分刚性连接组成一整体，手性结构1与边框3通过细杆2相连，手性结构1每边与边框相对应的边之间设有宽槽，手性结构1与细杆2相对应的边之间设有窄槽5，面板内侧中心处有一凸起 6。

以上所述结构中，所述立方体胞元为空腔，胞元框架为立方杆系点阵结构，所述立方体胞元边长为20mm，面板厚度为2mm，宽槽4宽度为3mm，窄槽5 宽度为1.5mm，凸起6为圆柱形，圆柱直径为9mm，高度为6mm。所述结构整体由一种材料一体成型，可以通过3D打印技术制备。

有益效果：本发明提出的一种具有水下吸声特性的点阵结构，采用具有手性特征的薄壁立方体胞元实现水下低频宽频强吸声，在面板内测中心处附加圆柱形凸起，以此降低面板手性微结构的固有频率，并增加声波在胞元内部的散射及反射；薄壁立方体胞元具有杆系点阵结构特征，形成的整体结构具备一定的力学承载能力，提供结构的水下承压能力，实现结构多功能一体化；本发明提出的水下吸声结构可实现低频段实现宽频水下强吸声，在1700～5000Hz频率段内的吸声系数高于80％，而且结构形式简单，一体化成型，可以通过3D打印制备，易于制造，易于工程应用，可用于具有承载要求的水下吸声设施。

附图说明