一種橡膠類阻尼材料黏彈性動態(tài)力學參數(shù)的測算方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種橡膠類阻尼材料黏彈性動態(tài)力學參數(shù)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(tǒng)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(tài)力學參數(shù)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(tài)力學參數(shù)。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(shù)，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(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術問題是：提供一種橡膠類阻尼材料黏彈性動態(tài)力學參數(shù)的測 算方法，這種方法的優(yōu)點是可在頻段范圍上與機理研究同步，且待測樣品的制作簡單、測量 精度高。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
[0007] -種橡膠類阻尼材料黏彈性動態(tài)力學參數(shù)的測算方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟一：測量正入射時，含圓柱空腔橡膠類阻尼材料覆蓋層分別在聲學軟背襯條 件下的反射系數(shù)R m和聲學硬背襯條件下的反射系數(shù)Rc2;
[0009] 步驟二：計算正入射時，含圓柱空腔橡膠類阻尼材料覆蓋層分別在聲學軟背襯條 件下的反射系數(shù)理論值R 1和聲學硬背襯條件下的反射系數(shù)理論值R 2;
[0010] 步驟三：通過步驟一反射系數(shù)測量值RJPRq2、以及步驟二中反射系數(shù)計算值札和 R2，獲得縱波聲速C1和剪切波聲速c t;
[0011] 步驟四：通過橡膠類阻尼材料的密度P、以及步驟三中所述的縱波聲速C1、剪切波 聲速C t獲得橡膠類阻尼材料的拉梅常數(shù)λ和剪切模量μ ;
[0012] 步驟五：通過步驟五中所述的拉梅常數(shù)λ和剪切模量μ，獲得阻尼材料的彈性模 量E和泊松比V。
[0013] 進一步的，所述步驟二中：
[0015] 式中：
ka是含圓柱空腔橡膠類阻尼材料覆蓋層的軸向波波數(shù)，z。= P ω/ 匕是軸向波阻抗，P是橡膠類阻尼材料密度，ω是圓頻率，h是含圓柱空腔橡膠類阻尼材料 覆蓋層厚度，P c和c。分別時流體介質密度和聲速。
[0016] 進一步的，所述步驟三中獲得縱波聲速C1和剪切波聲速c t的計算公式為：
[0018] 采用牛頓迭代法計算縱波聲速C1和剪切波聲速c t，直至結果收斂。
[0019] 進一步的，所述步驟四中獲得拉梅常數(shù)λ和剪切模量μ采用的計算公式分別 為：
[0021] 式中：P為橡膠類阻尼材料的密度，C1為縱波聲速，c ,為剪切波聲速。
[0022] 進一步的，所述步驟五中獲得彈性模量E和泊松比V采用的計算公式為：
[0024] 式中：λ為拉梅常數(shù)，μ為剪切模量。
[0025] 本發(fā)明的有益效果：
[0026] 1、含圓柱空腔覆蓋層樣品的結構形式簡單、便于加工，并且該樣品同時可完成聲 學特性測量，節(jié)約了加工成本；
[0027] 2、克服了振動梁法等方法只有低頻測量結果的局限性，有效提高了黏彈性動態(tài)力 學參數(shù)的測量頻段，實現(xiàn)了參數(shù)測量與機理研究的同步性。
【附圖說明】
[0028] 圖1是本發(fā)明的計算流程不意圖；
[0029] 圖2是含圓柱空腔橡膠類阻尼材料覆蓋層立體結構示意圖；
[0030] 圖3是本發(fā)明測量反射系數(shù)原理圖；
[0031] 圖4是本發(fā)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】
[0032] 下面結合附圖及具體的實施例對發(fā)明進行進一步介紹：
[0033] -種橡膠類阻尼材料黏彈性動態(tài)力學參數(shù)的測算方法，包括以下步驟：
[0034] 步驟一：測量正入射時，含圓柱空腔橡膠類阻尼材料覆蓋層分別在聲學軟背襯條 件下的反射系數(shù)'和聲學硬背襯條件下的反射系數(shù)R 。（具體過程如下：用兩個水聽器 同時測量各自聲壓pJP P 2，反射系數(shù)可由下式計算：
[0036] 式中：R和r分別是反射系數(shù)的模值和相位，H12= IpJ/Ip」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(shù)。
[0037] 步驟二：計算正入射時，含圓柱空腔橡膠類阻尼材料覆蓋層分別在聲學軟背襯條 件下的反射系數(shù)理論&和聲學硬背襯條件下的反射系數(shù)理論R 2。
[0038] 步驟三：根據(jù)步驟一反射系數(shù)測量值、以及步驟二中反射系數(shù)計算值札和 R2，獲得縱波聲速C1和剪切波聲速c t。
[0039] 步驟四：根據(jù)橡膠類阻尼材料的密度P、以及步驟三中所述的縱波聲速C1、剪切波 聲速C t獲得橡膠類阻尼材料的拉梅常數(shù)λ和剪切模量μ ;
[0040] 步驟五：根據(jù)步驟五中所述的拉梅常數(shù)λ和剪切模量μ，獲得阻尼材料的彈性模 量E和泊松比V。
[0041] 上述步驟二中：
[0043] 式中：j = ka是含圓柱空腔橡膠類阻尼材料覆蓋層的軸向波波數(shù)，z。= P ω/ 匕是軸向波阻抗，P是橡膠類阻尼材料密度，ω是圓頻率，h是含圓柱空腔橡膠類阻尼材料 覆蓋層厚度，P c和c。分別時流體介質密度和聲速。
[0044] 上述步驟三中獲得縱波聲速C1和剪切波聲速c t的計算公式為：
[0046] 采用牛頓迭代法計算縱波聲速C1和剪切波聲速c t，直至結果收斂。
[0047] 軸向波波數(shù)ka與縱波聲速c :、剪切波聲速Ct之間滿足黏彈性波傳播的本征方程：
[
[0049] 其中
分別是徑向縱波波數(shù)和徑向剪切波波 數(shù)，JjP Y1分別是一階貝塞爾函數(shù)和一階紐曼函數(shù)，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(shù)定義如下：
[0051] 上述步驟四中獲得拉梅常數(shù)λ和剪切模量μ采用的計算公式分別為：
[0053] 式中：P為橡膠類阻尼材料的密度，C1為縱波聲速，c ,為剪切波聲速。
[0054] 上述步驟五中獲得彈性模量E和泊松比V采用的計算公式為：
[0056] 式中：λ為拉梅常數(shù)，μ為剪切模量。
[0057] 以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在 不脫離本發(fā)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(fā)明的 保護范圍。
【主權項】
1. 一種橡膠類阻尼材料黏彈性動態(tài)力學參數(shù)的測算方法，其特征在于：包括以下步 驟： 步驟一：測量正入射時，含圓柱空腔橡膠類阻尼材料覆蓋層分別在聲學軟背襯條件下 的反射系數(shù)RM和聲學硬背襯條件下的反射系數(shù)Rw 步驟二：計算正入射時，含圓柱空腔橡膠類阻尼材料覆蓋層分別在聲學軟背襯條件下 的反射系數(shù)理論值&和聲學硬背襯條件下的反射系數(shù)理論值R2; 步驟三：通過步驟一反射系數(shù)測量值'和Rc2、以及步驟二中反射系數(shù)理論值&和R2， 獲得縱波聲速A和剪切波聲速ct; 步驟四：通過橡膠類阻尼材料的密度p、以及步驟三中所述的縱波聲速(^、剪切波聲速ct獲得橡膠類阻尼材料的拉梅常數(shù)λ和剪切模量μ; 步驟五：通過步驟五中所述的拉梅常數(shù)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(jù)權利要求1所述的一種橡膠類阻尼材料黏彈性動態(tài)力學參數(shù)的測算方法，其特 征在于：所述步驟二中：,ka是含圓柱空腔橡膠類阻尼材料覆蓋層的軸向波波數(shù)，P co/ka 是軸向波阻抗，P是橡膠類阻尼材料密度，ω是圓頻率，h是含圓柱空腔橡膠類阻尼材料覆 蓋層厚度，P。和c。分別時流體介質密度和聲速。3. 根據(jù)權利要求2所述的一種橡膠類阻尼材料黏彈性動態(tài)力學參數(shù)的測算方法，其特 征在于：所述步驟三中獲得縱波聲速Cl和剪切波聲速ct的計算公式為：采用牛頓迭代法獲得縱波聲速Cl和剪切波聲速ct，直至結果收斂。4. 根據(jù)權利要求1所述的一種橡膠類阻尼材料黏彈性動態(tài)力學參數(shù)的測算方法，其特 征在于：所述步驟四中獲得拉梅常數(shù)λ和剪切模量μ采用的計算公式分別為：式中：Ρ為橡膠類阻尼材料的密度，Cl為縱波聲速，c,為剪切波聲速。5. 根據(jù)權利要求4所述的一種橡膠類阻尼材料黏彈性動態(tài)力學參數(shù)的測算方法，其特 征在于：所述步驟五中獲得彈性模量E和泊松比ν采用的計算公式為：式中：λ為拉梅常數(shù)，μ為剪切模量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種橡膠類阻尼材料黏彈性動態(tài)力學參數(shù)的測算方法，屬于噪聲控制技術領域。含圓柱空腔橡膠類阻尼材料覆蓋層的反射系數(shù)與材料的縱波聲速和剪切波聲速具有明確的解析關系；通過測量含圓柱空腔橡膠類阻尼材料覆蓋層在兩種不同聲學背襯條件下的反射系數(shù)，與兩種不同聲學背襯條件下的反射系數(shù)計算值相對應，可分別建立兩個方程；利用牛頓迭代法求解方程組獲得橡膠類阻尼材料的縱波聲速和剪切波聲速，根據(jù)本構關系計算彈性模量、剪切模量、泊松比等黏彈性動態(tài)力學參數(shù)。本發(fā)明具有測量頻段與聲學機理研究同步，待測樣品的制作簡單、測量精度高等優(yōu)點。
【IPC分類】G01N29/44, G01N29/07
【公開號】CN105301112
【申請?zhí)枴緾N201510718284
【發(fā)明人】陶猛, 李綿義, 王廣瑋
【申請人】貴州大學
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年10月30日