摘要
以芳纶纸蜂窝、内嵌树脂隔板和微穿孔面板为原料,制备了连续和非连续双自由度共振吸声结构,对两种共振吸声结构的力学性能和吸声系数进行对比研究。结果表明:连续蜂窝芯材所制备共振吸声结构的压缩和拉伸性能高于非连续型共振吸声结构,其中非稳定型压缩强度和拉伸强度高19%,稳定型压缩强度高32%,稳定型压缩模量高43%,剪切性能基本相当;两层蜂窝芯材容易出现孔格错位(非连续型共振吸声结构),引起错位区域的微孔堵塞,使该结构的共振吸收峰与理论值出现较大差异。
蜂窝夹层结构具有轻质、高强、耐腐蚀、隔热等优点,在航空航天、轨道交通等领域均得到了广泛的应

图1 共振吸声结构示意图
Fig.1 Schematic diagram of resonance sound absorption structure
注: (a)单层;(b)双层;(c)三层。
共振吸声结构在航空领域的主要应用部位是飞机发动机短舱内壁、入口或后通道中的声学衬垫,以减少发动机造成的风扇宽频噪

图2 V2500发动机声学衬垫解剖后的非连续蜂窝芯材
Fig.2 Discontinuous honeycomb core of V2500 engine acoustic line after dissection
针对非连续蜂窝芯材和连续蜂窝芯材所制备的共振吸声结构在力学性能、声学性能上的具体差异,国内外的相关研究报道较少,本文分别采用非连续蜂窝芯材和连续蜂窝芯材制备双自由度共振吸声结构,对该结构的力学性能和声学性能进行对比研究,结合两种结构的具体制备工艺,分析造成两种结构性能差异的主要原因。
主要原材料见
序号 | 名称 | 厂家 |
---|---|---|
1 | 芳纶纸蜂窝,NRH-5-48 | 中航复合材料有限责任公司 |
2 | 热破胶膜,J-402 | 黑龙江省石油化学研究院 |
3 | 微穿孔内隔板,J-401 | 黑龙江省石油化学研究院 |
4 | 碳纤维面板 | 中航复合材料有限责任公司 |
主要仪器设备见
设备名称 | 规格 | 设备信息 |
---|---|---|
电子拉力试验机 | Instron5566 | 美国Instron公司 |
热压机 | FDY-40 | 上海颐中橡塑机械有限公司 |
BK阻抗管 | 4206 | 丹麦BK |
BK多通道数据分析仪 | Pluse 3160 | 丹麦BK |
对于微穿板吸声结构来说,其吸声性能是由穿孔率、孔径、板厚和空腔深度来决定,因此为获得理想的吸声效果,需要对这结构参数进行优化设计。在前期工作的基础上,采用遗传算法进行多目标参数优化,得出
穿孔率1/% | 孔径1/mm | 板厚1/mm | 空腔深度1/mm |
---|---|---|---|
3.4 | 0.5 | 0.61 | 10 |
穿孔率2/% | 孔径2/mm | 板厚2/mm | 空腔深度2/mm |
2 | 0.2 | 0.60 | 14 |

图3 双自由的共振吸声结构示意图及其实物
Fig.3 Schematic diagram of double-free resonance sound absorption structure and its physical object
注: (a)结构示意图;(b)非连续型;(c)连续型。
两种双自由度共振吸声结构的各项强度性能对比见

(a) 强度对比

(b) 模量对比
图4 连续型和非连续型共振吸声结构性能对比
Fig.4 Performance comparison of resonance sound absorption structure

图5 非连续型共振吸声结构在受载情况分析图
Fig.5 Analysis of loaded condition of discontinuous resonant sound absorbing structure
注: (a)压缩载荷;(b)拉伸载荷;(c)平面剪切载荷。
两种双自由度共振吸声结构在0~6.4 kHz范围内的吸声系数测试结果如


图6 吸声系数测试结果
Fig.6 Test results of sound absorption coefficient

(a) 面板孔眼堵塞情况

(b) 连续型结构射线检测

(c) 非连续型结构射线检测
图7 共振吸声结构微穿孔面板孔眼堵塞情况
Fig.7 Blockage of the resonance sound absorption structure
(1)基于连续蜂窝的双自由度共振吸声结构的压缩性能和拉伸性能高于非连续型吸声结构,其中非稳定型压缩强度和拉伸强度高19%,稳定型压缩强度高32%,稳定型压缩模量高43%,剪切性能基本相当。
(2)连续型共振吸声结构的吸声系数与理论计算结果一致性较高,而非连续型吸声结构因内隔板层上的微孔存在随机堵塞,造成该结构的实际吸声系数与理论结果存在较大差异,且这种差异存在设计不能接受的不确定性。
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