[發明專利]一種聲學超材料輕量化設計方法及列車低頻降噪復合地板

有效

• 申請號: 202210038532.9
• 申請日: 2022-01-13
• 公開（公告）號: CN114495884B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 張捷;李姜;郭少云
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G10K11/168
• 分類號: G10K11/168;B61D27/00
• 代理公司: 成都睿道專利代理事務所(普通合伙) 51217
• 代理人: 賀理興

1.一種局域共振型聲學超材料輕量化設計方法，該局域共振型聲學超材料用于列車地板復合結構的低頻減振降噪，其特征在于以下步驟，

S1確定目標降噪頻率f_目標

分析該列車地板復合結構的振動傳遞率，根據該振動傳遞率的峰值，確定目標降噪頻率f_目標；

確定所述列車地板復合結構的振動傳遞率的方法是，在列車地板復合結構的一側施加振動激勵，在列車地板復合結構的另一側讀取振動響應和聲學響應，再通過式（1）計算該列車地板復合結構的振動傳遞率，式（1）為：

（1）

式（1）中，是振動傳遞率，是外地板外側的平均加速度，是內地板內側的平均加速度；

通過分析列車地板復合結構的振動傳遞率，獲得振動頻率與振動激勵頻率的關系圖，選擇關系圖中振動傳遞率峰值對應的振動頻率，將該頻率確定為目標降噪頻率f_目標，也就是列車低頻降噪地板所針對的特定頻率；

S2局域共振型聲學超材料的輕量化設計

輕量化設計的方法包括以下步驟，

M1根據局域共振型聲學超材料形狀，獲取該局域共振型聲學超材料的各獨立尺寸參數，計算初始質量m₀和初始固有頻率f₀，將各獨立尺寸參數作為初始變量；

M2對各獨立尺寸參數進行靈敏度分析，確定各獨立尺寸對局域共振型聲學超材料的固有頻率及質量的影響程度；

M3根據各獨立尺寸參數的靈敏度分析結果，結合局域共振型聲學超材料的具體應用場景的幾何條件限制，確定各獨立尺寸參數的變化范圍和局域共振型聲學超材料的質量變化范圍，并作為約束條件；

M4以局域共振型聲學超材料的固有頻率和質量為優化目標，基于多目標優化算法進行優化計算，經過x次迭代計算后，得到i組尺寸參數，將i組尺寸參數作為i組新輸入變量；

M5根據各組新輸入變量，計算每一組新輸入變量對應的局域共振型聲學超材料的新固有頻率及新質量，篩選出新固有頻率與目標降噪頻率f_目標最接近的若干組新輸入變量；

M6將當前局域共振型聲學超材料的若干組當前質量與初始質量m₀比對，如果當前質量相對于初始質量m₀的變化量滿足約束條件，則確定其中對應的一組新質量最小的新輸入變量為局域共振型聲學超材料優化后的尺寸參數，否則，返回步驟M4，并循環步驟M4-步驟M6。

2.根據權利要求1所述的局域共振型聲學超材料輕量化設計方法，其特征在于，

采用有限元方法或數值分析方法確定所述列車地板復合結構的振動傳遞率，該有限元方法和數值分析方法均通過建立所述列車地板復合結構的聲振特性分析模型確定該振動傳遞率。

3.根據權利要求1所述的局域共振型聲學超材料輕量化設計方法，其特征在于，

所述多目標優化算法為多島遺傳算法、自適應模擬退火法或神經網絡算法中的任意一種。

4.一種列車低頻降噪地板，包括層疊分布的外地板和內地板，該外地板與該內地板之間連接有木骨，其特征在于，

還包括如權利要求1-3任一所述的局域共振型聲學超材料輕量化設計方法得出的局域共振型聲學超材料，

該局域共振型聲學超材料固定于外地板、內地板或木骨中的一個或多個。

5.根據權利要求4所述的列車低頻降噪地板，其特征在于，

所述局域共振型聲學超材料為懸臂式結構。

6.根據權利要求5所述的列車低頻降噪地板，其特征在于，

所述局域共振型聲學超材料包括b型塊和L型塊，

該b型塊包括立方塊和懸臂梁，該懸臂梁與立方塊一體成型，

該L型塊一端與該懸臂梁一體成型，該L型塊與懸臂梁構成U型結構。

7.根據權利要求4所述的列車低頻降噪地板，其特征在于，

所述局域共振型聲學超材料的材質為低密度、高模量的高分子材料或者低密度、高模量的金屬材料。

8.根據權利要求7所述的列車低頻降噪地板，其特征在于，

所述局域共振型聲學超材料的材質為有機玻璃或鋁。