[发明专利]一种弹性超材料复合矩形板单胞结构降噪能力的设计方法

权利要求书

1.一种弹性超材料复合矩形板单胞结构降噪能力的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：输入待降噪的目标齿轮箱，在齿轮箱的箱体表面选择需要降噪的目标点；

步骤2：获取齿轮箱以额定功率工作时各目标点的声压，确定各目标点噪声所处的频率范围并设定为覆盖层所需优化频段；

步骤3：对覆盖层所需优化频段进行分区，将覆盖层所需优化频段分为n₁个区间，将区间中心设定为弹性超材料复合矩形板单胞结构需要优化的频率；将弹性超材料复合矩形板划分为n₂个正方形区域，每个正方形区域由对应优化的频率的弹性超材料复合矩形板单胞结构填充；

所述的弹性超材料复合矩形板单胞结构的设计方法为：将弹性超材料复合矩形板单胞结构整体均匀划分为n₃个相同的小方块单元；分别计算每个小方块单元的相对密度值，相对密度值为1表示该单元被实心材料填充，相对密度值为0表示该单元被空隙填充；其中每一个小方块单元的相对密度值的计算方法为：

步骤3.1：初始化变量和光滑参数β，设置最大迭代次数；

步骤3.2：基于保体积的非线性密度滤波法计算第i个小方块单元的相对密度值x_i；

其中，η通过求解保体积方程确定；

步骤3.3：根据第i个小方块单元的相对密度值x_i计算目标函数R；

步骤3.4：计算目标函数对第i个小方块单元的相对密度值x_i的灵敏度：

步骤3.5：利用移动渐近线方法更新设计变量，并获得x_new；

步骤3.6：计算change＝||x_new-x||_∞，change为迭代中两步之间设计变量的最大偏差；

若未达到最大迭代次数，change＜0.1且β＜β_max，则令β＝2*β，返回步骤3.2；否则，停止优化迭代并输出第i个小方块单元的相对密度值x_i；

步骤4：将构建的弹性超材料复合矩形板敷设在待降噪的目标齿轮箱的对应目标点位置，实现目标齿轮箱的降噪。

2.根据权利要求1所述的一种弹性超材料复合矩形板单胞结构降噪能力的设计方法，其特征在于：所述的步骤3.3中目标函数R具体为：

R＝|R₀₀|＝|(S^TY-a)|

其中，Y为求解得到的位移向量和声压；向量α为第e个小方块单元在入射面上的位置；

所述的步骤3.4中计算目标函数对第i个小方块单元的相对密度值x_i的灵敏度的方法具体为：

其中，W(x)Y＝F为矩形板结构有限元方程的简化形式；K₀、M₀表示原常数单元刚度和质量矩阵；q为惩罚因子。