Page 5 - 《应用声学》2022年第3期

第 41 卷 第 3 期 Vol. 41, No. 3
2022 年 5 月 Journal of Applied Acoustics May, 2022

⋄ 研究报告 ⋄

基于遗传算法的五模材料分层优化 ∗

孙雪聪 1,2 孙兆永 1,3 贾 晗 2,4† 毕亚峰 1 杨 军 1,2†

(1 中国科学院声学研究所 噪声与振动重点实验室 北京 100190)
(2 中国科学院大学 北京 100049)
(3 北京印刷学院 创新物理实验室 北京 102600)
(4 中国科学院声学研究所 声场声信息国家重点实验室 北京 100190)
摘要：由于超材料的微结构尺度不能忽略，利用超材料微结构所集成的器件等效参数不是连续分布的，而是呈
离散分布的。因此在利用超材料设计声学器件的过程中，需要对器件进行分层离散化，而分层方案的选取往往
会影响器件的工作效果。该文基于五模材料水下隐身衣的设计理论，提出了一种基于遗传算法的五模材料隐
身衣分层优化策略，并分别对优化前和优化后的分层隐身衣做了声学仿真。仿真结果表明采用优化策略后，隐
身衣背景声场的散射能量和反射能量均有大幅度降低，并且对窄带探测信号和宽带探测信号均有较好的隐身
效果，因此该分层优化策略能够显著提升隐身衣的隐身效果。该文所提出的分层优化策略为提升五模材料隐
身衣性能提供了理论支持，并可以进一步推广至其他超材料器件的微结构设计中。
关键词：遗传算法；结构设计；五模材料；声隐身
中图法分类号: O424 文献标识码: A 文章编号: 1000-310X(2022)03-0327-08
DOI: 10.11684/j.issn.1000-310X.2022.03.001

A layered optimization strategy of pentamode materials based on
genetic algorithm

SUN Xuecong 1,2 SUN Zhaoyong 1,3 JIA Han 2,4 BI Yafeng 1 YANG Jun 1,2

(1 Key Laboratory of Noise and Vibration Research, Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China)
(2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
(3 Library of Innovation Physics, Beijing Institute of Graphic Communication, Beijing 102600, China)
(4 State Key Laboratory of Acoustics, Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China)

Abstract: Considering that the microstructure scale of metamaterials can not be ignored, the equivalent
parameters of acoustic devices made by metamaterials are not continuous but discrete. In the process of design
acoustic devices based on the metamaterials, it is necessary to layer the devices, and the selection of layering
scheme often affects the working effect of the devices. In this paper, an optimization strategy used for layering
the pentamode material cloak is proposed based on the genetic algorithm. The acoustic simulations of the
cloak before and after optimization are carried out respectively, which shows that the scattered and reflected
acoustic energy of the background acoustic field are greatly reduced after optimization for both narrowband
and broadband detection signals. The proposed optimization strategy has a good performance, which can be
extended to other types of metamaterial structure design.
Keywords: Genetic algorithm; Structure design; Pentamode materials; Acoustic stealthy

2021-04-30 收稿; 2021-06-21 定稿
广东省重点领域研发计划资助项目 (2020B010190002), 国家自然科学基金项目 (11874383, 12104480), 中国科学院声学研究所前沿探
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索项目 (QYTS202110), 北京印刷学院校级项目 (Ed202206)
作者简介: 孙雪聪 (1995– ), 女, 天津人, 博士研究生, 研究方向: 声人工结构的智能化设计与应用。
† 通信作者 E-mail: hjia@mail.ioa.ac.cn; jyang@mail.ioa.ac.cn