[发明专利]基于遗传算法和有限元法的液-液声子晶体拓扑优化方法

权利要求书

1.基于遗传算法和有限元法的液-液声子晶体拓扑优化方法，用有限元法计算二维液-液声子晶体的频散关系，获取相应的带隙值；然后应用遗传优化算法，根据带隙所要达到目标，搜索声子晶体最优材料拓扑布局；其特征在于：包括以下步骤：

1)初始化：随机生成N_pop个二进制数表示的染色体，即个体，构成初始种群；

2)计算个体适应度：二维液-液声子晶体满足Hemholtz方程：

▿·(-1ρ▿p)-ω2pρcs2=0---(1)]]>

式(1)中，ρ为液体材料密度、p为声压、ω是角频率,c_s是液体中声波声速；用有限元法求解该方程组，即可得到液-液声子晶体频散关系及其对应的禁带数值；根据优化的目标，用声子晶体禁带构造目标函数，然后以目标函数值来度量遗传个体的适应度；

3)依次执行选择、交叉和变异遗传操作生成下一代种群，使种群向前进化；

4)检验种群是否满足停止条件，满足则输出最优结果,退出；否则返回步骤2)。

2.根据权利要求1所述的基于遗传算法和有限元法的液-液声子晶体拓扑优化方法，其特征在于：遗传个体对应的声子晶体原胞为正方晶格；声子晶体原胞被离散为M×M正方形单元结构，M为正整数；将每个单元随机配置所选定的声学材料，此处仅考虑两种材料，故采用二进制字符串形式表示；声子晶体原胞设定为关于x、y轴对称和关于z轴90°旋转对称模型。

3.根据权利要求1所述的基于遗传算法和有限元法的液-液声子晶体拓扑优化方法，其特征在于：拓扑优化的目标设为第七能级和第六能级间带隙（下面简称第六带隙）相对值最大，即：

max:Δω6maxω6(k)=minω7(k)-maxω6(k)maxω6(k)]]>

minω₇(k)为第七能级本征频率的最小值、maxω₆(k)为第六能级本征频率的最大值、Δω₆第六带隙宽度。