学术前沿 | 使用遗传算法方法优化振动板开口设计以增强振动声学性能

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-12-06 21:00

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在振动声学系统中优化结构开口对于平衡功能需求和声学性能在各种工程应用中的重要性不言而喻。本文提出了一种高效的优化方法，用于设计振动声学系统中板结构的开口，旨在提升声学性能的同时保持结构完整性。该方法基于遗传算法框架，旨在同时确定开口的最佳形状和位置，利用基于双曲线和三角函数的解析模型，在主从软件架构中进行实现。所提方法能够满足不同系统的各种开口需求，并采用一个成本函数来评估声功率响应的平均值和峰值，以识别最优设计。与中位数和最差情况设计相比，这种方法显著降低了声功率水平。此外，该方法还分析了开口位置、数量和形状的变化如何影响声学性能，为避免不良声学结果并改善振动声学系统中的噪音屏障性能提供了指导。

对振动声学系统混合接口的频率响应进行综合分析，揭示了通过优化振动板上开口的设计以使系统响应达到预期目标的潜力。本文提出了一种新型的开口优化方法，适用于各种工程应用，特别是使用带有开口的振动板作为噪声屏障的系统。开口的形状和相对位置会影响系统的振动和声功率响应。因此，精心设计这些开口至关重要，因为不当的设计参数可能导致意外的声功率响应。例如，较小的开口面积通常会在远离噪声源的位置时产生较低的平均声功率。将开口设置在振动板的高应力区域会增强振动共振并增加系统的声功率响应。这强调了量身定制开口设计的重要性。该研究在一个涵盖多种系统需求的框架内进行，包括不同大小的开口及其形状和数量的不同配置，展示了通过优化可以显著降低系统的声功率响应。这些降低幅度在100 Hz到350 Hz频率范围内的声功率峰值幅度减少了5 dB到15 dB，相比中等适配开口设计，甚至相较于最差适配开口设计的降幅更大。该优化方法的创新之处在于其将一种新型的开口优化方法与遗传算法框架和解析模型相结合，应用于振动声学系统中的振动板结构，并采用主从软件架构。然而，追求更大幅度降低系统声功率响应仍然面临挑战，进一步探索如主动噪声控制等技术可能有助于应对这一挑战。

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