• 中国科技核心期刊
  • Scopus收录期刊
  • DOAJ收录期刊
  • JST收录期刊
  • Euro Pub收录期刊

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

含高透波复材的耐压-吸声一体化覆盖层设计与性能分析

唐健 金卓昊 卢辰 陈文炯

唐健, 金卓昊, 卢辰, 等. 含高透波复材的耐压-吸声一体化覆盖层设计与性能分析[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0001
引用本文: 唐健, 金卓昊, 卢辰, 等. 含高透波复材的耐压-吸声一体化覆盖层设计与性能分析[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0001
Tang Jian, Jin Zhuohao, Lu Chen, Chen Wenjiong. Design and Performance Analysis of a Pressure-Resistant and Sound-Absorbing Integrated Coating with High-Transmittance Composite[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0001
Citation: Tang Jian, Jin Zhuohao, Lu Chen, Chen Wenjiong. Design and Performance Analysis of a Pressure-Resistant and Sound-Absorbing Integrated Coating with High-Transmittance Composite[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0001

含高透波复材的耐压-吸声一体化覆盖层设计与性能分析

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0001
基金项目: 国家自然科学基金项目(No.12072058).
详细信息
    作者简介:

    唐健(2005-), 男, 本科, 研究方向为水下覆盖层分析与设计

    通讯作者:

    陈文炯(1985-), 男, 博士, 教授, 博士生导师, 研究方向为机械振动与噪声控制.

  • 中图分类号: TJ630;U668.3

Design and Performance Analysis of a Pressure-Resistant and Sound-Absorbing Integrated Coating with High-Transmittance Composite

  • 摘要: 针对传统空腔型橡胶吸声覆盖层在高压环境下吸声性能显著下降的问题, 提出一种含高透波复材的耐压与吸声一体化覆盖层结构。基于有限元方法, 建立考虑静压预应力、移动网格及声-固耦合频域扰动的数值模型, 研究不同静压下透声层的透声性能及3类空腔覆盖层的吸声特性。结果表明: 在0 ~ 9 MPa静水压作用下, 玻璃纤维增强塑料(GFRP)与碳纤维增强塑料 (CFRP)透声层均具有较高透声系数, 且受压力影响较小; 含高透波复材的矩形、叶形和锥形空腔覆盖层在4 ~ 10 kHz频段内吸声系数总体可达0.7以上, 且随静压变化较小。高透波复材能够有效抑制静压引起的空腔结构变形, 从而提高覆盖层在高压环境下吸声性能的稳定性。文中研究可为高压环境下水下吸声覆盖层的设计提供参考。

     

  • 图  1  覆盖层几何模型示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of overlay geometric model

    图  2  不含复材的吸声覆盖层模型

    Figure  2.  Model of sound absorption coating without composite material

    图  3  含复材的吸声覆盖层模型

    Figure  3.  Sound absorption coating model with composite material

    图  4  不同半径下覆盖层吸声性能对比

    Figure  4.  Comparison of sound absorption performance of overburden under different radii

    图  5  两种模型计算结果对比

    Figure  5.  Comparison of calculation results of two models

    图  6  文中有限元解与文献解对比

    Figure  6.  Comparison between the finite element solution and the literature solution

    图  7  不同厚度的GFRP在0~9 MPa静压下的透声系数

    Figure  7.  Sound transmission coefficient of GFRP with different thickness under 0~9 Mpa static pressure

    图  8  不同厚度的CFRP在0~9MPa静压下的透声系数

    Figure  8.  Sound transmission coefficient of CFRP with different thickness under 0~9Mpa static pressure

    图  9  PU90储存模量和损耗模量频变特性

    Figure  9.  Frequency variation characteristics of storage modulus and loss modulus of pu90

    图  10  含高透波复材的三类空腔覆盖层

    Figure  10.  Three types of cavity coatings containing high-permeability Composites

    图  11  含高透波复材的三类空腔覆盖层吸声系数

    Figure  11.  Sound absorption coefficients of three types of cavity coatings containing high-permeability composites

    图  12  不含高透波复材的3类空腔覆盖层吸声系数

    Figure  12.  Sound absorption coefficient of three kinds of cavity coatings without high-permeability composites

    图  13  两种覆盖层结构位移云图

    Figure  13.  Displacement nephogram of two kinds of overburden structures

    表  1  透声层各项材料参数

    Table  1.   Material parameters of sound permeable layer

    材料层半径/mm密度/(kg/m3)杨氏模量/(MPa)泊松比
    GFRP251 7307 0000.220
    CFRP251 46258 7000.032
    下载: 导出CSV

    表  2  模型各层材料参数

    Table  2.   Material parameters of each layer of the model

    材料层水层钢层空腔PU90
    密度/(kg/m3)1 0007 8501.41 050
    杨氏模量/MPa-205 000-72-203
    泊松比-0.28-0.475
    损耗因子-0.001-0.306-0.402
    下载: 导出CSV
  • [1] 罗忠, 朱锡, 林志驼, 等. 水下吸声覆盖层结构及吸声机理研究进展[J]. 舰船科学技术, 2009(8): 23-30.

    Luo Z, Zhu X, Lin Z T. et al. A review of underwater anechoic coating structure and absorption theories[J]. Ship Science and Technology, 2009(8): 23-30.
    [2] Zhao D, Zhao H, Yang H, et al. Optimization and mechanism of acoustic absorption of Alberich coatings on a steel plate in water[J]. Applied Acoustics, 2018, 140: 183-187. doi: 10.1016/j.apacoust.2018.05.027
    [3] 董文凯, 陈美霞. 静压下考虑腔压的吸声覆盖层吸声性能分析[J]. 中国舰船研究, 2022, 17(1): 132-140.

    Dong W K, Chen M X. Sound absorption performance analysis of anechoic coating under hydrostatic pressure considering cavity pressure[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2022, 17(1): 132–140.
    [4] 杨将政, 应童, 陶猛. 空腔涡状阶梯分布的复合结构吸声覆盖层研究[J]. 声学技术, 2025, 44(1): 108-115.

    Yang J Z, Ying T, Tao M. Study of composite structure anechoic coating with cavity vortex step distribution[J]. Technical Acoustics, 2025, 44(1): 108-115.
    [5] 王世博, 胡博, 张昊阳, 等. 含覆层圆柱空腔的声学材料水下吸声特性研究[J]. 振动与冲击, 2024, 43(14): 103-111.

    Wang S B, Hu B, Zhang H Y, et al. Underwater sound absorption of an acoustic material embedded with coated cylindrical cavities[J]. Journal of Vibration and Shock, 2024, 43(14): 103-111.
    [6] 代孜尧. 渐变式空腔水下吸声结构设计与性能研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2021.
    [7] 周祥超. 静压下含空腔的吸声覆盖层性能分析与优化设计[D]. 大连: 大连理工大学, 2022.
    [8] 付宜风, 王虎鸣, 曹攀. 薄壁结构加强的纳米复合涂层深海高压吸声性能[J]. 中国机械工程, 2022, 33(12): 1444-1451.

    Fu Y F, Wang H M, Cao P. Thin shell structure enhanced nanocomposite coating for deep-sea high pressure sound absorption[J]. China Mechanical Engineering, 2022, 33(12): 1444–1451
    [9] 应江, 陈文炯. 静压下含螺旋体空腔型覆盖层的吸声特性研究[J]. 舰船科学技术, 2025, 47(1): 113-119.

    Ying J, Chen W J. Research on the sound absorption characteristics of the cavity covering layer with spiral body under hydrostatic pressure[J]. Ship Science and Technology, 2025, 47(1): 113-119
    [10] 何琳, 朱海潮、邱小军, 等. 声学理论与工程应用[M]. 北京: 科学出版社, 2006.
    [11] 陈文炯, 卢辰, 周祥超. 静压作用对吸声覆盖层性能的影响与分析[J]. 船舶, 2023, 34(3): 25-34.

    Chen W J, LU C, Zhou X C. Analysis on the effect of hydrostatic pressure on the performance of acoustic coating[J]. Ship and Boat, 2023, 34(03): 25-34.
    [12] 范进良, 赵秀英, 谢晗, 等. 新型水声透声橡胶材料的制备及性能研究[J]. 橡胶工业, 2014, 61(3): 133-137.

    Fan J L, Zhao X Y, Xie H, et al. Preparation and properties of new underwater acoustic rubber material[J]. Rubber Industry, 2014, 61(3): 133-137.
    [13] 关淑英. 先进复合材料的声学特性及其在水声工程中的应用[J]. 材料开发与应用, 1996(5): 2-10.

    Guan S Y. Acoustic characteristics and applications of advanced composites in underwater acoustic engineering[J]. Materials Development and Application, 1996(5): 2-10.
    [14] 吴萌, 庞广智, 王思伟. 玻璃钢导流罩插入损失仿真研究[J]. 电声技术, 2022, 46(12): 54-56.

    Wu M, Pang G Z , Wang S W. Research on insertion loss of fiberglass fairing[J]. Audio Engineering, 2022, 46(12): 54-56.
    [15] 董云龙, 梅志远. 复合材料夹层板水下透声性能分析[J]. 中国舰船研究, 2019, 14(增刊1): 121-125.

    Dong Y L, Mei Z Y. Analysis on underwater sound transmission properties of composite sandwich plates [J]. Chinese Journal of Ship Research, 2019, 14(Supp 1): 121-125.
    [16] Wang H, Cui Z, He X, et al. Underwater acoustic absorbing metamaterials by material-structure-functionality collaborative optimization[J]. International Journal of Mechanical Sciences, 2024, 281: 109573. doi: 10.1016/j.ijmecsci.2024.109573
    [17] Fang X, Pan X, Zhang X, et al. Investigation on low-frequency and broadband sound absorption of the compact anechoic coating considering hydrostatic pressure[J]. Journal of Marine Science and Engineering, 2024, 12(4): 543. doi: 10.3390/jmse12040543
    [18] Hu N, Jin J, Peng W, et al. Liquid-solid synergistic mechanism sound absorption for underwater anechoic coating[J]. International Journal of Mechanical Sciences, 2024, 269: 109045. doi: 10.1016/j.ijmecsci.2024.109045
    [19] 张冲, 耿洪健. 静压下吸声覆盖层的遗传优化方法[J]. 四川兵工学报, 2015, 36(10): 150-153, 160.

    Zhang C, Geng H J. Genetic optimization method of sound absorbing overlay under static pressure[J]. Sichuan Ordnance Engineering Journal, 2015, 36(10): 150−153, 160.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  25
  • HTML全文浏览量:  8
  • PDF下载量:  7
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2026-01-04
  • 修回日期:  2026-03-12
  • 录用日期:  2026-03-13
  • 网络出版日期:  2026-03-31
图(13) / 表(2)

目录

    /

    返回文章
    返回
    服务号
    订阅号