【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于噪声控制，针对舰艇船舶、轨道交通、航空航天、车辆运载等领域的装备的舱室噪声，具体涉及一种基于遗传算法优化的宽频高效复合微穿孔板吸声结构的研究方法及研究系统。
技术介绍
1、随着舰艇船舶、轨道交通、航空航天、车辆运载等领域的装备向大型化、轻量化、重载化以及高速化等方向发展，所引发的噪声问题日益凸显。目前船舶的主要噪声源包括：主机，辅助机械，排气口，螺旋桨和推进器。长期暴露在高强度的噪声环境中会导致听力损伤、耳鸣、头痛、失眠、焦虑和抑郁等问题，甚至会影响人的认知和工作效率。此外，噪声还会对海洋生物造成干扰和伤害，破坏海洋生态平衡。因此，船舶上噪声的控制是十分必要的。
2、目前主要有三类控制舱室噪声的方法，一是从声源处进行控制，防止噪声的产生；二是在传播路径上采取措施，阻断噪声的传播；三是隔离接收端，降低噪声对接收端的伤害。常见的控制措施是在传播路径上对噪声加以控制，主要包括有吸声、隔声、消声等措施。目前解决舱室噪声问题，主要采用的技术途径是在舱室内部敷设吸声材料。常用的吸声材料主要分为多孔吸声材料和共振吸声结构两大类。多孔吸声材料包括泡沫类吸声材料和纤维类吸声材料2种，泡沫类吸声材料随基体不同，吸声性能差别较大，主要包括泡沫玻璃、泡沫金属、聚合物基泡沫等；纤维类吸声材料主要有玻璃纤维、矿渣棉、不锈钢纤维等。多孔吸声材料主要通过多孔结构吸收声音，减少声音的反射和传播。与多孔材料相比，微穿孔板是一种可以有效吸收宽频噪声的结构，同时其具有清洁、无污染、耐高温、耐腐蚀及能承受高速气流冲击的特点。
3、关
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于遗传算法优化的宽频高效复合微穿孔板吸声结构的研究方法及研究系统，为装备的舱室优化噪声控制提出解决方法。
2、为解决上述问题，本专利技术提供的技术方案如下：
3、本专利技术实施例提供了一种基于遗传算法优化的宽频高效复合微穿孔板吸声结构的研究方法，其包括以下步骤：
4、步骤1，基于声电类比法的理论建立吸声结构的数理模型，导入复合微穿孔板的声阻抗和吸声系数的数学表达式，使用matlab作为工具编程计算得到理论结果，绘制理论吸声系数曲线图，并研究各结构参数对复合微穿孔板吸声效果的影响规律，开展对复合微穿孔板吸声特性的理论研究；
5、步骤2，基于建立的复合微穿孔板数理模型，利用comsol multiphysics有限元软件建立有限元模型，对复合微穿孔板进行仿真分析，计算得到复合微穿孔板在全频段的仿真吸声效果，并研究各结构参数对复合微穿孔板吸声效果的影响规律，开展对复合微穿孔板吸声特性的仿真研究；
6、步骤3，基于数理模型、有限元模型以及面向对象的编程语言c++开发复合微穿孔板吸声结构设计与优化平台，利用遗传算法优化对复合微穿孔板吸声效果影响最为显著的结构参数，实现在给定条件下得到具有最佳吸声效果的复合微穿孔板结构参数。
7、根据本专利技术一可选实施例，步骤1具体包括：
8、步骤1.1，基于声电类比理论，得到单层微穿孔板的等效电路图，并推导得到单层微穿孔板的阻抗公式和吸声系数公式；
9、步骤1.2，基于单层微穿孔板理论，结合微穿孔板串并联耦合机制，得到复合微穿孔板的等效电路图，并推导得到复合微穿孔板的阻抗公式；
10、步骤1.3，基于复合微穿孔板理论，进行matlab编程，建立复合微穿孔板的数理模型；
11、步骤1.4，基于数理模型，初步决定复合微穿孔板的结构形式与尺寸参数，使用matlab作为工具计算得到理论结果，绘制复合微穿孔板在全频段的理论吸声系数曲线图，并进一步分析各个结构参数对复合结构吸声效果的影响规律，开展吸声结构吸声特性的研究。
12、根据本专利技术一可选实施例，步骤2具体包括：
13、步骤2.1，在comsol中选择压力声学，频域物理场，根据复合微穿孔板结构的设计尺寸，建立结构的三维几何模型，材料定义为材料库中的air；
14、步骤2.2，基于真实物理场景，设置模型的域和边界条件，设置背景声压场作为声波入射域，入射波为平面波，入射声波幅值为1pa，入射方向为入射面的法向；为模拟出射波在远离声源传播过程中被吸收的情况，在出射波方向设置：完美匹配层；模型微穿孔板选用内部穿孔板边界条件，各复合微穿孔板侧壁接触部分选用内部硬声场边界，模型整体外表面设为硬声场边界；
15、步骤2.3，在几何模型中选择对象最多的一面网格使用映射网格生成器，再通过扫掠完成网格划分；
16、步骤2.4，在完美匹配层和背景声压场之间设置声波能量积分面，设定入射声能与反射声能积分公式，得到入射总声能与反射总声能，在结果中添加一维绘图组，并输入基于能量法的吸声系数计算公式，计算得到复合微穿孔板的仿真吸声系数曲线。
17、根据本专利技术一可选实施例，步骤2.3中的复合微穿孔板网格划分时，网格尺寸小于空气中1/6最小声波波长的尺寸。
18、根据本专利技术一可选实施例，步骤3具体包括：
19、步骤3.1，将各微穿孔板的孔径、板厚、孔隙率、背腔深度设为决策变量；
20、步骤3.2，以在白噪声条件下复合微穿孔板吸声系数曲线在给定频段内的平均吸声系数最大为优化目标，构造目标函数：
21、
22、式(5)中fl、fu分别表示给定频段的上限频率和下限频率，avg(α)表示给定频段的平均垂直入射吸声系数，α(fi)表示对应频率fi的垂直入射吸声系数，h＝fi+1-fi，为fl与fu之间的步长，由此可得
23、步骤3.3，考虑实际加工工艺条件对结构参数的限制，设定以下约束条件:吸声结构的总厚度、微穿孔板孔径范围、板厚范围、孔隙率范围；
24、步骤3.4，在平台中输入上述条件，得到并输出优化后的结构参数。
25、本专利技术实施例还提供一种基于遗传算法优化的宽频高效复合微穿孔板吸声结构的研究系统，其中，包括理论模型计算模块、仿真模型计算模块和遗传算法优化设计模块；
26、所述理论模型计算模块基于声电类比法的理论建立吸声结构的数理模型，导入复合微穿孔板的声阻抗和吸声系数的数学表达式，使用matlab作为工具编程计算得到理论结果，绘制理论吸声系数曲线图，并研究各结构参数对复合微穿孔板吸声效果的影响规律，开展对复合微穿孔板吸声特性的理论研究；
27、所述仿真模型计算模块基于建立的复合微穿孔板数理模型，利用comsolmultiphysics有限元软件建立有限元模型，对复合微穿孔板进行仿真分析，计算得到复合微穿孔板在全频段的仿真吸声效果，并研究各结构参数对复合微穿孔板吸声效果的影响规律，开展对复合微穿孔板吸声特本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于遗传算法优化的宽频高效复合微穿孔板吸声结构的研究方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于遗传算法优化的宽频高效复合微穿孔板吸声结构的研究方法，其特征在于，步骤1具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于遗传算法优化的宽频高效复合微穿孔板吸声结构的研究方法，其特征在于，步骤2具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于遗传算法优化的宽频高效复合微穿孔板吸声结构的研究方法，其特征在于，步骤2.3中的复合微穿孔板网格划分时，网格尺寸小于空气中1/6最小声波波长的尺寸。
5.根据权利要求3所述的一种基于遗传算法优化的宽频高效复合微穿孔板吸声结构的研究方法，其特征在于，步骤3具体包括：
6.一种基于遗传算法优化的宽频高效复合微穿孔板吸声结构的研究系统，其特征在于，包括理论模型计算模块、仿真模型计算模块和遗传算法优化设计模块；
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有综合性平台的程序，当所述平台在计算机上运行时，使得所述计算机执行权利要求1至5任一项所
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有平台程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述平台程序，用于执行权利要求1至5任一项所述的一种基于遗传算法优化的宽频高效复合微穿孔板吸声结构的研究方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于遗传算法优化的宽频高效复合微穿孔板吸声结构的研究方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于遗传算法优化的宽频高效复合微穿孔板吸声结构的研究方法，其特征在于，步骤1具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于遗传算法优化的宽频高效复合微穿孔板吸声结构的研究方法，其特征在于，步骤2具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于遗传算法优化的宽频高效复合微穿孔板吸声结构的研究方法，其特征在于，步骤2.3中的复合微穿孔板网格划分时，网格尺寸小于空气中1/6最小声波波长的尺寸。
5.根据权利要求3所述的一种基于遗传算法优化的宽频高效复合微穿孔板吸声结构的研究方法，其特征在于，步...
【专利技术属性】
技术研发人员：王婷，陈美霞，崔志远，王炯，杨仕鑫，王堉蘅，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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