各种设计策略已被用于实现声学超材料(AMMs)的宽局域共振(LR)带隙,这在振动吸收和低频噪声抑制方面具有应用价值。传统上,大多数方法将AMMs建模为周期系统。此外,对于许多工程应用来说,保持合理的谐振器质量是理想的。这些因素限制了它们的设计空间和有效性。这种周期结构还对不完美或制造变化高度敏感。为了克服这些问题,我们提出了一种设计稳健非周期AMMs的全新方法。首先,通过详细的参数研究,我们建立了度量非周期性、带隙宽度和鲁棒性的关系。定义了一个鲁棒性度量来量化带隙对制造缺陷的敏感性。我们报告了两个关键观察结果:(i)非周期性有助于增强带隙和鲁棒性,(ii)带隙与鲁棒性不是单调相关的。这些观察结果表明在非周期区域需要进行多目标优化。随后,将所有谐振器的质量、刚度和位置作为全局优化问题的设计变量,并使用遗传算法进行求解。这种方法论为用户提供了在设计中考虑各种约束条件的完全灵活性。从数值上讲,考虑了一个AMM梁或金属梁,其由均匀的宿梁上的等间距双悬臂式谐振器组成,产生一个750-1000 Hz的LR带隙。通过多目标优化,实现了带隙更宽、更稳定的非周期性设计,其带隙宽度和稳定性显著优于具有相似质量的周期系统。有趣的是,全局最优解位于周期配置的邻近区域,如参数研究所示。通过在振动梁上进行物理实验对优化的非周期设计进行了验证。这些发现为设计金属材料开辟了新的途径。
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