复杂环境下的工程应用要求结构具有优异的多功能属性。例如,飞机的发动机声衬、高速列车的舱壁、潜艇的船体以及火箭的整流罩等结构都必须要承受包括大载荷、冲击、噪声在内的多种恶劣条件。而微穿孔三明治结构具有重量轻、比刚度好、多功能潜力大等优点,在众多工程领域都展示出不可替代的研究和应用价值。然而,目前微穿孔三明治结构的种类较少,且低频、宽带吸声性能及承载能力仍有较大提升空间。因此,面向复杂、极端环境的微穿孔三明治结构的设计仍然是当前结构设计领域的研究热点和重点。
研究人员参考了迄今为止微穿孔三明治结构的相关研究,随后提出并设计了微穿孔N-H型混杂芯体三明治结构,并进一步研究了结构优异的吸声性能及承载能力。研究内容主要分为三个部分:微穿孔N-H型混杂芯体三明治结构吸声机理分析、微穿孔N-H型混杂芯体三明治结构力学性能研究、微穿孔N-H型混杂芯体三明治结构多功能属性分析。
研究人员首先分析了微穿孔N-H型混杂芯体三明治结构具备优异吸声性能的物理机制。结论表明,由空气的粘性效应而导致的入射声波粘性耗散是决定结构吸声性能的主导因素。
进一步,研究人员对比研究了微穿孔N-H型混杂芯体三明治结构的承载能力。结果表明,与其他工程中广泛应用的三明治结构相比,提出的微穿孔N-H型混杂芯体三明治结构的刚度更高、承载能力更强。
最后,研究人员对比讨论了微穿孔N-H型混杂芯体三明治结构的多功能性能属性。结果表明,提出的微穿孔N-H型混杂芯体三明治结构的轻质属性、吸声性能、承载能力及应用范围均明显优于其他工程中广泛应用的三明治结构,显著提升了结构的多功能属性。
论文第一作者为南京航空航天大学2024级力学专业博士研究生姜永烽,其他作者为中国航天科技创新研究院冯相超,南京航空航天大学高金翎教授,通讯作者为沈承副教授、孟晗教授、卢天健教授。