混合型空腔结构覆盖层吸声性能研究及其优化设计

基于有限元法研究了以空气为背衬的混合型空腔结构覆盖层的吸声特性。建立了具有混合型空腔结构的覆盖层有限元模型,对其进行吸声特性数值仿真分析。结果表明,该空腔结构的吸声特性明显优于相同穿孔率的单腔结构。通过优化设计,进一步提升了混合型空腔结构覆盖层在全频段的吸声性能,并得到了若干覆盖层结构参数影响其吸声性能的规律。     

椭圆柱空腔吸声覆盖层的声学特性

采用波导有限元方法（WFEM）分析了共振腔型吸声覆盖层内轴向波的传播和损耗特性,以椭圆柱空腔吸声层为例,在保持穿孔系数不变的前提下,分别从轴向波传播和波型转换的角度分析了空腔形状改变吸声覆盖层声学特性的机理。在此基础上,结合波导有限元方法和传递矩阵（TM）建立了变截面空腔吸声覆盖层的分析模型,以圆台空腔吸声层为例,与二维解析方法对比验证了WFEM-TM方法的正确性,并讨论了椭圆台空腔吸声层的声学特性。     

局域共振型空腔覆盖层的低频吸声机理及调控规律研究

声学覆盖层的低频吸声特性对潜艇声隐身性能具有重要影响.综合考虑空腔型覆盖层结构和局域共振型薄膜材料的低频吸声性能,建立局域共振型空腔覆盖层的有限元模型,研究复合结构在10 Hz～2000 Hz频段内的吸声特性,并采用局域共振理论和模态分析揭示复合结构的吸声机理,进一步得到复合结构低频吸声性能的调控规律.研究结果表明:(...     

含空腔声学覆盖层等效参数理论与吸声机理研究

针对含水平周期圆柱空腔的声学覆盖层声吸收问题,在弹性波声传播理论的基础上,以准静态极限理论为前提,获取含空腔覆盖层均匀等效参数,进一步利用传递函数法得到吸声系数表达式。通过与有限元数值计算结果对比,验证了算法的正确性。重点从圆柱空腔单极子共振出发阐述覆盖层的声吸收机理,并从吸声曲线、覆盖层位移图等多角度展示主要参数对吸声性能的影响规律,可为低频高吸收声学覆盖层设计提供指导。     

声学覆盖层内嵌空腔的一种数值优化方法

给定材料参数的条件下,如何确定最优声腔结构是声学覆盖层设计中的关键问题。针对去耦型声学覆盖层,提出一种轴对称模型与拓扑优化相结合的方法,可以快速寻得最优的声腔结构。文中采用轴对称简化模型来描述周期性覆盖层的声学特性,通过与正方形模型、六边形模型以及实验结果的对比,验证了有限元模型的正确性。采用基于密度的拓扑优化方法,对覆盖层的不同区域进行了优化,以此为基础,获得一种含U型腔的覆盖层结构,在常压和静压下,其隔振性能均优于典型的圆柱空腔覆盖层的隔振性能。     

Alberich型吸声覆盖层的低频吸声机理分析

声波垂直入射Alberich型吸声覆盖层时激起沿厚度方向传播的轴对称波,而决定覆盖层低频性能的最低阶波可等效为“准平面波”,通过共振特性分析了覆盖层的低频吸声机理,指出达到低频有效吸声需要满足的轴对称波相速度的近似条件。低频吸声机理要点包括：（1）吸声覆盖层的共振是粘弹性圆柱腔体的共振;（2）吸声覆盖层的吸声峰值频率对应覆盖层的反共振频率而不是共振频率;（3）绝对软背衬的最低吸声峰频率比绝对硬背衬低一半左右。     

基于遗传算法的空腔结构设计参数优化研究

通过构建空腔结构理论模型,根据集中质量与薄膜之间的作用关系,得出了两个集中质量之间形成的开放型空腔结构能够使入射声波在空腔内进行散射,消耗声波能量的结论。为了获得最佳的吸声效果,采用遗传算法对空腔结构的设计参数在100~1000 Hz频域内进行优化。通过对分布在薄膜表面的集中质量进行有限元仿真分析,得出了集中质量会受声波载荷作用两两进行"拍动"的结论,拍动形式越剧烈的集中质量,其能量密度越高,在空腔结构内声波能量消耗越大。最后,通过试验验证了遗传算法对空腔结构参数设计的可行性。     

基于遗传算法的数控加工切削参数优化研究

切削参数的合理选择对数控加工的效率与质量具有重大意义。通过确定以最大生产率为目标的目标函数,引入主轴转速、进给量、切削力、机床功率及表面粗糙度等约束条件,建立切削参数优化数学模型,利用变搜索域遗传算法来优化切削参数,达到生产率最大化、成本降低和表面质量改进的目标。     

组合空腔声学覆盖层声学性能分析及其优化设计

为解决声学覆盖层在低频声学性能较差的问题,设计一种包含圆柱和圆台的组合空腔型覆盖层,利用软件COMSOL计算其在10 000 Hz以下的隔声量与吸声系数,研究覆盖层在不同结构尺寸下的声学性能,继而对组合空腔进行局部优化。结果显示：声学性能会随开孔率的增大而改善,且吸声性能曲线波峰往低频移动;当开孔率由圆台半径控制时,隔声量峰值频率往低频移动,当其由单胞半径控制时,则峰值频率往高频移动;当圆柱半径为1 mm、高度为10 mm时,声学性能相比其他尺寸空腔达到最优;对空腔中圆台结构的母线进行形状优化后,声学覆盖层声学性能得到改善。     

带空腔尖劈吸声器吸声性能的研究

本文研究带有空腔的锥形主声器的吸声性能。文给出了一种计算该吸声器的吸声系数的方法，并对吸声系数与频率的关系进行计算机仿真。仿真结果表明：带有空腔的尖劈吸声器相对普通尖壁吸声器，除保持高频段较好上性能外，在低频段吸声系数有显著提高；通过改变「空腔结构可以改善吸声器的低频吸声性能。     

Optimization of double‐layer absorbers on constrained sound absorption system by using genetic algorithm

As investigated by the Occupational Safety and Health Act (OSHA) in 1970, noise is highly responsible for the psychological and physiological ills to workers. Therefore, the noise control for an enclosed system with high echo effect becomes essential. Besides, the thickness of adopted sound absorber is occasionally constrained for maintenance, the interest in minimizing the noise under space constraint is then arising. In this paper, the shape optimization of double‐layer absorber together with genetic algorithm (GA) is presented. Before optimization, one example is tested and compared with the experimental data for accuracy check of mathematical model. Thereafter, a simple optimal program in dealing with pure tone noise of 350 Hz has been pre‐run to verify the correctness of genetic algorithm before the design in full band noise being performed. Results show that both the accuracy of mathematical model and the correctness of GA method are acceptable. Consequently, this study may provide a novel scheme with GA in solving the shape optimization of sound absorber on the constrained sound absorption system. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

太阳能吸收式空调性能优化分析

分析影响太阳能两级吸收式空调系统的整体性能的主要因素：集热器进出口热水的温度、各设备中溴化锂溶液的浓度与压力。根据两级吸收式循环的特点，可以运用溶液混合观点构造新型高效的太阳能吸收式制冷空调。运用仿真程序得出了太阳能两级吸收式空调在集热器出口温度在77．5℃左右时可以得到最大的整体效率，为太阳能空调系统的优化奠定了理论基础。     

蜂窝微穿孔吸声体的宽频吸声性能优化设计

针对蜂窝微穿孔吸声体结构,利用粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法优化吸声体结构的吸声性能.以三蜂窝芯的蜂窝微穿孔吸声体结构中微穿孔板的孔径、穿孔率和背腔深度为优化设计变量,以吸声体的吸声系数和吸声频带为优化目标,得到吸声体宽频范围吸声时的优化结构参数.将三参数优化、两参数优...     

汽车乘员舱多层吸声材料的多目标优化

建立了汽车的统计能量分析模型,进行仿真与实验的误差分析,验证了所建模型的有效性,然后选取四层吸声材料布置于乘员舱顶棚,采用优化拉丁方法,以其厚度为设计变量,为降低驾驶员耳旁噪声和满足汽车结构轻量化和低成本的要求,以驾驶员头部声腔A声级降低幅度、吸声材料重量、降噪效率、材料价格和性价比为优化目标,选取30个样本点进行试验设计并通过计算得到全部响应值,之后建立了Kriging近似模型,为验证该近似模型模拟精度,任选三个新的样本点分析近似模型和仿真结果间的误差,最后以近似模型为基础执行多目标优化,与吸声材料初始组合相比,A声级降低幅度反而减小了0.289dB,但重量降低了54.8%,降噪效率提高了85.6%,材料价格降低了21.1%,性价比提高了6.0%。     

基于遗传算法的复合材料层合板削层结构铺层优化

针对应力变化较大的碳纤维增强复合材料层合板,提出削层结构铺层分级优化模式。通过将结构分解为若干子铺层并对各子铺层的位置、尺寸、铺层数以及铺层顺序进行优化,得到了满足强度和可制造性要求且质量最小的结构设计方案。该模式的第1、2级优化利用参考层对各子铺层位置及尺寸进行优化,第3级优化通过引入3次样条插值参数化方法对各子铺层层数和铺层顺序进行优化。参考层的引入可减少设计变量的数量,3次样条插值参数化方法可解决以铺层角为设计变量时设计变量数目不确定的问题。利用有限元方法对结构进行力学分析计算,并依据Tsai-Wu准则确定结构强度。在第2、3级优化中利用遗传算法对优化问题进行求解。算例计算表明:削层结构铺层分级优化模式结果合理可信。与均匀铺层方法结果比较可知:削层结构可有效减少结构质量。     

An optimization technique using the characteristics of genetic algorithm

Optimization problems could happen often in discrete or discontinuous search space. Therefore, the traditional gradient‐based methods are not able to apply to this kind of problems. The discrete design variables are considered reasonably and the heuristic techniques are generally adopted to solve this problem, and the genetic algorithm based on stochastic search technique is one of these. The genetic algorithm method with discrete variables can be applied to structural optimization problems, such as composite laminated structures or trusses. However, the discrete optimization adopted in genetic algorithm gives rise to a troublesome task that is a mapping between each strings and discrete variables. And also, its solution quality could be restricted in some cases. In this study, a technique using the genetic algorithm characteristics is developed to utilize continuous design variables instead of discrete design variables in discontinuous solution spaces. Additionally, the proposed algorithm, which is manipulating a fitness function artificially, is applied to example problems and its results are compared with the general discrete genetic algorithm. The example problems are to optimize support positions of an unstable structure with discontinuous solution spaces.     

基于遗传算法的复合材料结构-声辐射优化研究

研究了外载荷作用下的复合材料结构振动响应和声辐射问题。在此基础上, 分析了复合材料的结构-声辐射优化设计模型, 基于遗传算法进行了对称型复合材料板结构的结构-声辐射铺层几何优化分析。数值算例表明, 复合材料板结构的铺层数、 铺层厚度和铺层角度等参数优化, 可以有效降低结构的振动和声辐射。数值算例结果验证了优化方法的有效性。     

压电智能连续体结构/控制一体化广义拓扑优化

对于以往较少涉及到的同时考虑结构拓扑、作动器位置与数目和控制器参数等多种优化设计变量参与的压电智能板结构的一体化优化设计问题,研究了结构/控制一体化广义拓扑优化设计的方法。提出采用基于耦合模态空间的二次型最优控制系统设计与基于遗传算法和数学形态学处理的策略进行一体化拓扑优化设计实现。数值算例的结果表明,所提方法合理、有效,能够得到清晰的结构拓扑和良好的可控性。     

Improved genetic algorithm for mixed-discrete-continuous design optimization problems

An improved genetic algorithm (IGA) is presented to solve the mixed-discrete-continuous design optimization problems. The IGA approach combines the traditional genetic algorithm with the experimental design method. The experimental design method is incorporated in the crossover operations to systematically select better genes to tailor the crossover operations in order to find the representative chromosomes to be the new potential offspring, so that the IGA approach possesses the merit of global exploration and obtains better solutions. The presented IGA approach is effectively applied to solve one structural and five mechanical engineering problems. The computational results show that the presented IGA approach can obtain better solutions than both the GA-based and the particle-swarm-optimizer-based methods reported recently.