Page 44 - 《应用声学》2021年第4期

528 2021 年 7 月

表 3 圆柱空腔吸声结构优化设计参数设置及结果
थቡ͖ӑവی
Table 3 Parameter setting and results of
ࠫԠ஝ᤉᛡᎄᆊ optimization design

参数 初始值 结果
ѺݽӑᏆʹ
H/mm 70 70
̗ၷழʷ̽Ꮖʹ H 1 /mm 3 2.36

ᝠካᤠऄए ក͉Ꮖʹ H 3 /mm 3 3.34
d/mm 20 11.32
Yes
໘ᡜϣൣюѷ ፇౌ a/mm 40 40
α 0.27 0.49
No
᥌͜୲ͻ὘ᤥહnj̔Ԣnjԫप 1.0
͖ӑՑ
图 4 遗传算法流程图 0.8 ͖ӑҒ
Fig. 4 Flowchart of genetic algorithm
ծ஝ጇܦ α
针对水下结构有限厚度低频吸声问题，设 0.6
计水被衬含圆柱空腔吸声结构，水介质参数为 0.4
ρ = 1000 kg/m ，c = 1500 m/s。各层材料之间的 0.2
3
刚度匹配和空腔形状影响吸声性能，这里仅对空
0
腔形状和各层厚度进行优化设计。各层均采用聚 1000 1500 2000 2500 3000
ᮠဋ/Hz
氨酯材料，材料参数为 E = 35.17 MPa，v = 0.45，
ρ = 950 kg/m ，η = 0.43。吸声结构如图 5所示，在 图 6 含圆柱空腔结构吸声系数优化结果
3
2000 Hz 频率下用遗传算法对圆柱空腔吸声性能进 Fig. 6 Optimization result of sound absorption
行优化设计。此处采用遗传算法 ga 函数链接有限 coefficient of structure with cylindrical cavity
元仿真软件进行优化设计，ga 函数是求解目标函数 2.1 能耗分析
的最小值，此处目标函数是求吸声系数α 的最大值， 实现吸声的实质是将声能转化为热能等其他
对应优化模型如下： 形式耗散掉，所以能量耗散多少直接关系到吸声

min f = −α, 系数的大小，借助有限元仿真提取能量耗散密度来



 分析空腔结构吸声机理。图 7 给出了优化前后表层

s.t. 2 6 H 1 6 10,

(3) 和空腔层的能量消耗随频率变化情况，图 8 给出了
 2 6 H 3 6 10,




 2.5
 2 6 d 6 18, ͖ӑՑ᛫ࡏ
͖ӑՑቇᑿࡏ
其中设计参数单位为 mm，优化结果如表 3 所示，优 2.0 ͖ӑҒ᛫ࡏ
ࣱکᑟᏲ/(10 -10 W) 1.0
͖ӑҒቇᑿࡏ
化前后 1000 ∼ 3000 Hz 频率下声学性能曲线如图6
所示，吸声系数在大部分频段提高。 1.5
d
0.5
H  H 3
a
0
l 1000 1500 2000 2500 3000
ᮠဋ/Hz
a H
图 7 优化前后空腔结构各层平均功耗
图 5 含空腔结构示意图 Fig. 7 Average power consumption of each layer
Fig. 5 Structure diagram with cavity of cavity structure before and after optimization