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《哈尔滨工程大学》 2009年
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多尺度结构功能材料在水下声隐身中的应用基础研究

姜恒  
【摘要】:能够以较小尺度实现宽频强吸声效应且性能优异的现代水下吸声材料在规避声纳搜索的消声覆盖层、水下声学传输系统等军民两用技术方面有着迫切的需要。在最近十年中,由于可以在晶格尺寸比相应声波波长小两个数量级时获得明显的声子带隙,局域共振型声子晶体引起了人们广泛的关注。最近的理论计算表明,当考虑其粘弹性形变时,在局域共振频率将产生最大的粘弹性能量损耗。这意味着局域共振型声子晶体可以被用于拓展水下吸声材料的研究领域。可是局域共振型声子晶体只能在某一窄频范围内产生强吸收,这与吸声材料通常被设计成宽频强吸收的目标是不一致的,为了解决这一问题,需要在局域共振型声子晶体中引入一些特殊的结构。多尺度结构材料由于其独特的结构和性质在潜在的广泛应用领域中有着非同寻常的意义。在本论文中,将多尺度结构的概念引入到光子晶体木堆结构和生物材料互穿网络结构里,然后同局域共振型声子晶体单元相结合,分别得到了两种现代水下吸声材料。 首先,为了满足现代水下吸声材料对宽频吸声频谱可以被任意剪裁的需要,我们制作了一种被称作局域共振声子木堆的水下吸声材料,它可以拓宽和控制吸声频谱。这种材料的设计灵感来源于多尺度光子晶体木堆结构和局域共振型声子晶体。我们模拟这两种结构,利用包覆了软聚氨酯弹性体的一维钢杆进行堆砌,然后埋入硬聚氨酯弹性体基体中制备局域共振声子木堆,并利用标准声管测量了其水下吸声系数。在8kHz到30kHz的宽频范围内,局域共振声子木堆拥有超过0.8的高平均水下吸声系数。理论和实验结果显示,局域共振声子木堆能够具有较好的声吸收性质是局域共振单元结构和多尺度木堆结构相结合的结果。 其次,结合局域共振型声子晶体和多尺度互穿网络玻璃态结构,我们制作了一种被称作声子玻璃的复合材料,它拥有高机械强度和优异水下吸声能力的双重特性。声子玻璃的灵感来源于天然生物材料,贝壳具有高的机械硬度和较好的韧性,其卓越的机械性质来源于组织良好的层状结构。分析贝壳结构和局域共振型声子晶体结构后,我们对其进行仿制将软聚氨酯层包覆在声子玻璃的泡沫铝骨架中,然后将硬聚氨酯填充进剩余空间中。在一定程度上,这种结构可以看成是局域共振型声子晶体的类似结构,它将使强吸声性能和高机械强度同时出现。水下吸声系数的测量结果证明了声子玻璃具有宽频范围的强吸声性质,准静态压缩力学测试表现了这种材料还拥有对于水下应用至关重要的机械强度。 此外,为了从物理学的角度说明局域共振声子木堆和声子玻璃的作用机制,我们利用集中质量法估算了这两种材料可能出现的声共振带隙。完全弹性散射条件能够简化计算过程,利用该方法计算出的带隙频率可以认为是两种材料在考虑粘弹性变形时出现强声吸收的频谱范围。尽管这个方法比较简单,但是它可以揭示局域共振声子木堆和声子玻璃的工作原理。 局域共振声子木堆和声子玻璃的概念为具备良好性能材料的设计提供了帮助,本研究中所提出的这些设计理念也可以用于发展其它功能材料。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB564

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【参考文献】
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1 黄勇,李翠伟,汪长安,昝青峰,李淑琴;陶瓷强韧化新纪元——仿生结构设计[J];材料导报;2000年08期
2 赵建民,麦康森,张文兵,徐玮,谭北平,马洪明,刘付治国,艾庆辉;贝壳珍珠层及其仿生应用[J];高技术通讯;2003年11期
3 李秀华,袁启明,杨正方;贝壳结构及陶瓷的仿生研究[J];硅酸盐通报;2003年02期
4 周成飞;聚氨酯水声材料研究进展[J];聚氨酯工业;2004年06期
5 汤渭霖,何世平,范军;含圆柱形空腔吸声覆盖层的二维理论[J];声学学报(中文版);2005年04期
6 谭红波,赵洪,徐海亭;有限元法分析空腔周期分布粘弹性层的声特性[J];声学学报(中文版);2003年03期
7 张晟卯,高永建,张治军,党鸿辛,刘维民,薛群基;仿贝壳自组装纳米复合薄膜的制备及结构表征[J];物理化学学报;2002年05期
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1 王刚;声子晶体局域共振带隙机理及减振特性研究[D];国防科学技术大学;2005年
2 王曼;水声吸声覆盖层理论与实验研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
3 温激鸿;声子晶体振动带隙及减振特性研究[D];国防科学技术大学;2005年
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1 赵钢;聚氨酯弹性体的合成及性能研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
2 周洪;高分子微粒吸声材料的制备、吸声特性及计算机仿真研究[D];四川大学;2004年
3 刘志宏;粘弹性多层复合结构吸声特性研究[D];西北工业大学;2005年
4 钱斯文;带隙原位可调型固/固二维声子晶体研究[D];国防科学技术大学;2004年
5 赵丽艳;新型功能性水声吸声覆盖层机理研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
【共引文献】
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1 张慧波;杨绪杰;孙向东;陈亚东;;聚氨酯弹性体合成工艺研究[J];工程塑料应用;2006年01期
2 唐红艳;王继辉;;聚氨酯/蒙脱土纳米复合材料研究进展[J];工程塑料应用;2006年04期
3 郭业才;均匀脉动柱面声源阵高频辐射远声场特性的研究[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2000年01期
4 戎华,黄庆安,李伟华;多层梁机电耦合系统的等效电路宏模型[J];微纳电子技术;2003年Z1期
5 钟毅,周月昌,廖青;异氰酸酯与聚醚多元醇反应动力学研究[J];北京服装学院学报(自然科学版);2001年02期
6 徐春广,王信义;液体声发射传感器波动特性理论研究[J];兵工学报;1998年03期
7 吴嘉民,姜志国,赵春玉,周亨近;硬段含量对热致形状记忆聚氨酯材料记忆性能的影响[J];北京化工大学学报(自然科学版);2003年01期
8 苏玉峰,汪晓东,罗欣;TPU/EPDM共混体系结构与性能的研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);2003年04期
9 陈建君;姜志国;黄丽;李效玉;;端胺基聚氨酯增韧环氧树脂的研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);2006年06期
10 徐春广,王信义,杨大勇,袁洪芳;磨削过程声发射信号传播特性研究[J];北京理工大学学报;1998年04期
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1 钟万勰;姚征;张洪武;;界带分析[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
2 李冬云;杨辉;乔冠军;金志浩;;纸制备SiC/Si层状陶瓷复合材料的微观结构和性能[A];中国硅酸盐学会陶瓷分会2005学术年会论文专辑[C];2005年
3 张晨;曲远方;单丹;;CeO_2掺杂对BaTiO_3基陶瓷介电性能及微观形貌的影响[A];华北地区硅酸盐学会第八届学术技术交流会论文集[C];2005年
4 任菁;徐国跃;顾冰芳;程传伟;罗艳;;热处理温度对硫化物颜料红外发射率的影响[A];2006年全国功能材料学术年会专辑(Ⅲ)[C];2006年
5 杨雪;王源升;余红伟;;高分子材料声隐身性能研究[A];2006年全国功能材料学术年会专辑(Ⅲ)[C];2006年
6 王绪文;张用兵;孙英富;林新志;郭万涛;;水下隔声去耦覆盖层的研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(10)[C];2007年
7 祁争健;李祥新;罗振扬;;异佛尔酮二异氰酸酯三聚体复合物的制备及反应动力学研究[A];中国聚氨酯工业协会第十三次年会论文集[C];2006年
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9 孙奉瑞;郝解玲;邹鹏;贾林才;;TODI型浇注型聚氨酯弹性体的研制[A];中国聚氨酯工业协会第十三次年会论文集[C];2006年
10 刘红梅;刘凉冰;贾林才;;三异丙醇胺扩链聚氨酯弹性体力学性能的研究[A];中国聚氨酯工业协会第十三次年会论文集[C];2006年
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1 陈秀华;TiC/Si固相反应制备Ti3SiC2/SiC复合材料的反应路径研究[D];昆明理工大学;2001年
2 王秀峰;机器辐射声场分析的新型计算方法研究[D];合肥工业大学;2001年
3 陈蓓;Al_2O_3/ZrO_2层状复合陶瓷组织控制及工艺优化[D];重庆大学;2001年
4 段远源;三氟碘甲烷和二氟甲烷的热物理性质研究[D];清华大学;1998年
5 吴新民;光干涉测试中的抗振技术研究[D];南京理工大学;2002年
6 杨兴;磁场与位移感知型超磁致伸缩微位移执行器及其相关技术研究[D];大连理工大学;2002年
7 苏盛彪;预应力陶瓷与层状陶瓷复合材料应力分析与设计[D];中国建筑材料科学研究院;2002年
8 周永恒;石英玻璃及原料中羟基的研究[D];中国建筑材料科学研究院;2002年
9 涂洁磊;新型MIp~+-Al_(0.3)Ga_(0.7)As/p-n-n~+-GaAs结构太阳电池电子及辐照效应研究[D];四川大学;2002年
10 张杰;聚合物熔体在振动场中注塑行为和试样性能与凝聚态结构的研究[D];四川大学;2002年
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1 兰燕娜;多孔硅的表面活性剂修饰及多孔硅光谱温度效应的研究[D];河南大学;2003年
2 李凤敏;贝壳材料的结构特征和力学性能分析[D];大连理工大学;2005年
3 周晓龙;Ti3SiC2/SiC 复合材料原位制备技术及其组织、性能研究[D];昆明理工大学;2001年
4 吴刚;多糖的改性、表征及应用研究[D];安徽大学;2003年
5 王三德;纳米银溶胶中热弹光声信号的特性及液体中光穿透效应时声波的影响[D];陕西师范大学;2000年
6 江兆潭;Y型量子开关的电子输运性质[D];山东师范大学;2000年
7 常启海;金属压电陶交瓷双层复合弯曲振动换能器的研究[D];陕西师范大学;2001年
8 明宗峰;在于实验数据的MA致三元金属合金非晶形成规律的数学模型及分析[D];广西大学;2001年
9 杨道虹;MA致三元金属合金非晶化的形成规律及应用[D];广西大学;2001年
10 郭廷荣;光谱吸收式光纤甲烷气体传感器的研究[D];燕山大学;2001年
【同被引文献】
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1 秦川丽,蔡俊,唐冬雁,张巨生,蔡伟民;PU/VER IPN材料阻尼性能的研究[J];材料工程;2003年07期
2 任润桃;自由阻尼结构对阻尼峰移动的影响[J];材料开发与应用;1995年04期
3 任润桃;约束阻尼结构对阻尼峰移动的影响[J];材料开发与应用;1997年03期
4 晏雄,张慧萍,住田雅夫;CPE/DZ/VGCF复合材料动态粘弹性研究[J];高分子材料科学与工程;2002年03期
5 胡晓兰,梁国正;聚氨酯/环氧树脂IPN的研究[J];化工新型材料;2001年08期
6 陈兵勇,马国富,阮家声;宽温域高阻尼橡胶材料研究进展[J];世界橡胶工业;2004年11期
7 王勇,周祖福,梅启林,黄志雄;新型高分子阻尼材料的研究[J];武汉工业大学学报;2000年04期
8 文庆珍,朱金华,王源升,姚树人;高阻尼性能聚氨酯的结构设计与研究[J];武汉理工大学学报;2005年03期
9 张诚,盛江峰,吴鸿飞,徐意;聚合物基阻尼材料研究进展[J];浙江工业大学学报;2005年01期
【二级参考文献】
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1 李琳,周振功,张明福,王彪;PST-PT/PVDF复合材料的制备及介电性能[J];复合材料学报;2004年03期
2 方少明,刘洪民;浇注型聚氨酯弹性体的研究与应用[J];工程塑料应用;1997年05期
3 马建国,刘淑娟,曹小红;聚氨基β-环糊精膜修饰电极对抗坏血酸电催化作用的研究[J];传感技术学报;2005年01期
4 黄勇,李翠伟,汪长安,昝青峰,李淑琴;陶瓷强韧化新纪元——仿生结构设计[J];材料导报;2000年08期
5 沈庆月;陆春华;许仲梓;;光致变色材料的研究与应用[J];材料导报;2005年10期
6 万欣娣;任凤章;刘平;田保红;王文焱;;贝壳珍珠层的研究现状[J];材料导报;2006年10期
7 谢蒙萌,万建国;0-3型压电复合材料的压电性能研究[J];材料工程;2002年01期
8 王立铎,孙文珍,梁彤翔,王英华,李恒德;仿生材料的研究现状[J];材料工程;1996年02期
9 陈灵鸽,张用兵,徐继宏,秦霞,常冠军;填料对阻尼隔声材料的水中插入损失的影响[J];材料开发与应用;2002年05期
10 王树彬,徐廷献,韩杰才,杜善义;PZT/PVDF压电复合材料的制备及其性能研究[J];复合材料学报;2000年04期
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1 李凤敏;赵杰;王来;;香螺壳的结构特征和晶体学取向分析[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
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1 田甜;生物变色机制及仿生薄膜研究[D];国防科学技术大学;2006年
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6 颜琳,赵鹤平,王小云,彭秀艳;二维正方点阵固态声子晶体带隙研究[J];吉首大学学报(自然科学版);2005年01期
7 赵宏刚,韩小云,温激鸿,王刚;空气中周期管阵列的声波禁带研究[J];材料科学与工程学报;2004年01期
8 齐共金,杨盛良,赵恂;新型功能材料——声子晶体[J];物理;2002年09期
9 齐共金,杨盛良,白书欣,赵恂;二维正方点阵液态声子晶体的带隙计算[J];国防科技大学学报;2003年01期
10 温激鸿,王刚,刘耀宗,郁殿龙;基于集中质量法的一维声子晶体弹性波带隙计算[J];物理学报;2004年10期
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1 李勇;邹欣晔;程建春;;局域共振型表面波声子晶体能带结构的研究[A];中国声学学会第九届青年学术会议论文集[C];2011年
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4 刘晓峰;汪越胜;;夹层声子晶体板的带结构研究[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
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7 王艳锋;汪越胜;;含十字型孔的二维声子晶体板声波带隙结构的研究[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
8 徐涛;祝雪丰;程建春;;一维反对称结构兰姆波型声子晶体能带结构的研究[A];中国声学学会第九届青年学术会议论文集[C];2011年
9 许卫锴;王伟;;考虑阻尼的一维声子晶体带隙特性分析及等效参数预测[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)上册[C];2011年
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1 袁佳丽 高建敏;探索的脚步[N];科技日报;2011年
2 本报评论员;孕育中国科学的未来[N];科技日报;2002年
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1 姜恒;多尺度结构功能材料在水下声隐身中的应用基础研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 王刚;声子晶体局域共振带隙机理及减振特性研究[D];国防科学技术大学;2005年
3 邓科;声子晶体及声超常材料的特性调控与功能设计[D];武汉大学;2010年
4 蔡力;声子晶体弹性波传播特性研究[D];国防科学技术大学;2008年
5 李建宝;声子晶体带隙调控的数值与实验研究[D];北京交通大学;2011年
6 赵寰宇;二维阿基米德格子声子晶体特性研究[D];北京工业大学;2011年
7 郁高坤;局域共振所致的若干声与振动现象研究[D];南京大学;2011年
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