[发明专利]水下去耦抑振材料去耦性能测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下去耦抑振材料去耦性能的测量方法。去耦抑振材料对设备机械振动具有去耦和抑振功能，能够有效地降低水下航行器的振动辐射噪声。随着我国国防事业日益发展，对该类材料在水声环境中的声学性能评估愈发显得重要。本发明首先定义结构辐射声功率插入损失，利用该物理量表征去耦抑振材料去耦性能，并利用水下稳态激振器激励结构振动，通过水听器阵测量振动产生的辐射声，经数据处理计算得到去耦抑振材料去耦性能测量值。

背景技术

我国海洋资源丰富广袤，近年来随着潜艇等水下航行器等的发展，其隐身性能日益受到重视。在航行器表面敷设声学无源材料是提高隐身性能较为有效的一种方式，去耦抑振材料是较普遍使用的一种材料，其可实现水下航行器内部结构振动与辐射声之间的去耦，降低由内部结构振动引起的声辐射能量，起到隐身效果。因此进行去耦抑振材料去耦性能的评估，在水下航行器减振降噪工作中具有重要的实际意义。

为获取水下结构声辐射量，目前主要有数值方法和实验方法两类。数值方法主要包括限元法、统计能量法、波传递法、模态分析法等；实验测量方法主要有声压法、声强法、传递函数法等。上述方法各有特点，也存在各自的不足。对于数值计算方法，其不足主要是对于目前大规模使用的粘弹性材料该类方法仍缺乏有效和准确的算法。实验测量对于数值计算相对可靠，然而现有测量方法多针对小试样，且难以保持在敷设去耦抑振材料前后输入试样的机械功率一致，是测量结果产生偏差。

发明内容

针对以上存在的问题，本发明提供一种水下去耦抑振大样去耦性能测量方法。该方法把水下耐压稳态激振器应用于试样稳态激振，并首次通过连接激振器和试样的力传感器和加速度传感器测量激振器输入机械功率，通过输入机械功率归一化试样的辐射声功率，从而计算钢板在有/无去耦抑振材料情况下的辐射声功率插入损失，用于接表征去耦抑振材料去耦性能。本发明涉及的测量系统主要包括激振系统和水声测量两大系统，其中激振系统主要包含专用激振器、激振器专用功率放大器。水声测量系统主要包含主控计算机(发射采集系统软件、去耦性能评估专用处理软件)、多通道数据采集器、多通道滤波放大器以及水听器接收阵、加速度传感器和力传感器。

本发明为测量试样辐射声功率插入损失所采用的技术方案是：

一种水下去耦抑振材料去耦性能测量方法，包括以下步骤：

1)去耦抑振材料去耦性能测量系统布放；

首先，进行整体测量系统布放工作，激振器安装于试样背侧，通过力传感器与试样硬连接。水听器接收阵放置于试样另一侧，两者尽量靠近，接收阵用于试样前向辐射声功率的测量。

2)无去耦抑振材料覆盖层情况试样的辐射声功率和输入机械功率测量，以及归一化辐射声功率计算；

利用激振器激励无覆盖层试样，加速度传感器记录无覆盖层情况下钢板试样激励点加速度，记幅度为其中i表示无覆盖层情况下的物理量，力传感器测得试样受力，记幅度为其中k＝1,2,3表示传感器编号。根据加速度传感器幅度及力传感器幅度可得稳态激振器有效输入功率：

其中ω表示测量对应的角频率。

激振器激励试样时，水听器接收阵同时记录试样辐射的声信号，设无覆盖层情况下各测量点声压为ρ为水的密度，c为水的声速，Δs_n为测量点对应的网格化面积，则相应的辐射声功率为：

其中符号<·>表示多次测量取平均值。利用激振器有效输入功率对辐射声功率Wⁱ进行归一化处理，得到归一化后的辐射声功率：

3)有去耦抑振材料覆盖层情况试样的辐射声功率和输入机械功率测量，以及归一化辐射声功率计算；

将无覆盖层试样替换成有覆盖层试样，利用激振器激励有覆盖层试样，加速度传感器记录有覆盖层情况下试样激励点加速度，记幅度为其中t表示有覆盖层情况下的物理量，力传感器测得试样受力，记幅度为根据加速度传感器幅度及力传感器幅度可得稳态激振器有效输入功率：

激振器激励有覆盖层试样时，水听器接收阵同时记录各测量点声压为则相应的辐射声功率为：

利用激振器有效输入功率对辐射声功率W^t进行归一化处理，得到归一化后的辐射声功率：

4)辐射声功率插入损失计算；

将有覆盖层得到的归一化辐射声功率除以无覆盖层归一化辐射声功率，转换成分贝后可得辐射声功率插入损失为：