区间模型下声学超材料的可靠性优化.pdf

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1、第52卷第13期机械工程学报Vol.52No.132016年7月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJul.2016DOI：10.3901/JME.2016.13.094*区间模型下声学超材料的可靠性优化夏百战覃缘于德介陈宁(湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082)摘要：目前对声学超材料的优化设计都是基于确定性的物理模型，忽略了不确定参数对其超常声学性能的影响。针对这一现状，将区间模型引入声学超材料，研究不确定参数对声学超材料声强传递系数和负有效体积模量的影响；接着在此基础上，以声强传递

2、系数为目标函数，以负有效体积模量为约束条件，构造区间模型下声学超材料的可靠性优化模型。数值结果表明，优化后的声学超材料即使受到不确定参数的干扰，仍能保守满足其可靠性约束条件，并改善其声强传递系数和负有效体积模量。关键词：声学超材料；声强传递系数；负有效体积模量；区间模型；优化设计中图分类号：TB532Reliability-basedOptimizationoftheAcousticMetamaterialundertheIntervalModelXIABaizhanQINYuanYUDejieCHENNing(StateKeyL

3、aboratoryofAdvancedDesignandManufacturingforVehicleBody,HunanUniversity,Changsha410082)Abstract：Uptonow,theoptimizationoftheacousticmetamaterialisbasedonthedeterministicphysicalmodelwithoutconsideringtheeffectsofuncertaintiesonitsunusualproperties.Aimingatthisactualit

4、y,theintervalmodelisintroducedintotheacousticmetamaterial,andtheinfluencesofuncertaintiesonthesoundintensitytransmissioncoefficientandthenegativeeffectivebulkmodulusoftheacousticmetamaterialareinvestigated.Basedonit,areliability-basedoptimizationmodeloftheacousticmeta

5、materialwithintervalvariablesisconstructed.Inthisoptimizationmodel,thesoundintensitytransmissioncoefficientisconsideredastheobjectivefunctionandthenegativeeffectivebulkmodulusistreatedasthereliabilityconstraint.Thenumericalresultsshowthatfortheoptimizedacousticmetamat

6、erialsufferingfromtheeffectsofuncertainparameters,itsreliabilityconstraintcanbesatisfied,anditssoundintensitytransmissioncoefficientandthenegativeeffectivebulkmoduluscanbeimproved.Keywords：acousticmetamaterial；soundintensitytransmissioncoefficient；negativeeffectivebul

7、kmodulus；intervalmodel；optimization[1]年，苏联物理学家VESELAGO在理论上提出一种*0前言介电常数ε和磁导率μ同时为负的电磁材料。最近十多年，随着试验条件的改善，研究者在电磁超材作为一个新兴的研究领域，超材料已经成为国料的理论和试验上做出了一系列成果显著的研究工[2-3]内外研究学者关注的热点问题。超常材料是指多种作。根据声波方程和Maxwell方程之间的相似材料或结构按照特定形式周期性排列而形成的，具性，研究人员通过类比电磁超材料，设计和制备了有自然材料所不具备的超常特性的人工结构或复合

8、声学超材料。材料，如左手材料，零折射材料，隐身材料等。1968声学超材料带隙产生的机理主要包括Bragg散射和局域共振。Bragg散射一般发生在c/2a(c和a分别为声音传播速度和晶格常数)频率的整数倍附*国家自然科学基金(11402083，115