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。
基于上述背景，团队提出并设计了一种新型微穿孔N-H型混杂芯体三明治结构，该结构在宽频范围内拥有优异的吸声性能，同时展示出良好的承载能力。相关工作于2024年以“Design of ultralight multifunctional sandwich structure with N-H hybrid core for integrated sound absorption and load-bearing capacity”为题发表在期刊《Materials Today Communications》。
图1. 微穿孔N-H型混杂芯体三明治结构示意图
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。
图2. 粘性能量耗散、热传导能量耗散及总能量耗散云图
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。
图3. 不同三明治结构的承载能力Ashby图
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。
图4. 不同三明治结构的多功能性能属性雷达图
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。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352492824026448?ref=pdf_download&fr=RR-2&rr=8d4fc4f5fd36dd8d#da0005
