Page 127 - 《应用声学》2020年第6期

第 39 卷 第 6 期 夏兆旺等： 嵌入式质量块对隔声门低频段隔声性能的影响 921

面的方法。通过对所有参数的所有可能取值进行实
验设计 (Design of experiment, DOE) 抽样，利用响 4 隔声门低频段隔声性能优化
应面技术对所有样本的计算结果进行拟合。为了保
如第3节所述，本文去除了参数P4、P13和P14，
证拟合精度，设计参数越多就需要更多的样本数，因
保留了其他参数，同时为了控制隔声门的质量，添
此进行参数关联性分析是很有意义的。
加了单个质量块的质量用作本节优化的约束条件。
进行参数关联性分析需要的样本数必须大于
参数P4取定值0.02 m(见图8)。重新对这13个参数
设计参数的个数，本文选取了 23 个样本进行计算。
进行排序，记为 P1 , P2 , P3 , · · · , P13 。其中 P1 ′
′
′
′
′
各输入参数(P1至P14)与输出参数(P15)的相关性
为质量块的宽度；P2 为质量块的长度；P3 为质量
′
′
如图7所示。
块的高度；P4 为质量块与隔声门侧板的距离；P5 、
′
′
1.0 P6 和 P7 为各个质量块之间在 x 方向的距离；P8 ′
′
′
为最底层质量块与玻璃棉底端的距离；P9 和 P10 ′
′
0.8
为各个质量块之间在 y 方向的距离；P11 为质量块
′
′
′
0.6 的密度；P12 为单个质量块的质量；P13 为 Tokita
ᄱТए 记权有效隔声量。P1 到 P11 为输入参数，P12 和
′
′
′
0.4
P13 为输出参数且 P12 为约束条件。上述所有输
′
′
入参数的取值范围列于表 4，所有参数的单位采用
0.2
国际单位制。各几何设计参数示意如图8所示。
0 本文设计参数多，使用直接优化方法并不现
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14
ᣥКԠ஝ 实，而使用响应面方法进行优化设计可以准确高效
图 7 输入参数与输出参数的相关程度 地找出设计空间的全局最优解。响应面技术使用
Fig. 7 Correlation between input parameters and DOE抽样对所有参数的设计空间进行随机取值，根
output parameters 据所取样本点的计算结果拟合输入和输出的函数
关系，因此后续的优化并不是针对原始有限元模型
图7 中相关度为1 表示关联程度最高，0 表示无
的计算，而是针对拟合的函数进行计算找出最优解，
关联，可以看出 P6 与输出参数 P15 关联度最大，P8
和 P12 也与 P15 有较大的关联性，P10 与 P15 的关
联性最低，因此可以考虑在后续的优化中去除此输 P7'
入参数。由于本文进行参数关联性研究时只使用了
0.02 m P10'
23个样本，样本数偏少可能导致关联性结果偏离实 P6'
际，所以后续进行优化时仍保留了大部分的输入参
数。参数 P4为隔声门厚度方向的一个变量，其取值 P9'
P5'
范围很小，因此去除了此参数；此外，实际物质的密 P1'
P2' P3' P8'
度、杨氏模量和泊松比不可能随机取值，确定一种 P4' x y
物质后其密度、杨氏模量和泊松比就确定了，因此 z x
本文去除了参数P13和P14而保留了与设计目标更 图 8 用于优化设计的参数示意图
有关联性的参数P12。 Fig. 8 Parameters used to optimize the transmission loss

表 4 用于优化的各输入参数取值范围
Table 4 Ranges of input parameters used for the optimization

参数 P1 /cm P2 /cm P3 /cm P4 /cm P5 /cm P6 /cm P7 /cm P8 /cm P9 /cm P10 /cm P11 /(kg·m −3 )
′
′
′
′
′
′
′
′
′
′
′
取值范围 2∼6 2.5∼9 2∼6 0.5∼40 0.5∼16 0.5∼16 0.5∼16 0.5∼103.8 0.5∼50 0.5∼50 600∼7900