[发明专利]一种声学超材料轻量化设计方法及列车低频降噪复合地板

权利要求书

1.一种局域共振型声学超材料轻量化设计方法，该局域共振型声学超材料用于列车地板复合结构的低频减振降噪，其特征在于以下步骤，

S1确定目标降噪频率f_目标

分析该列车地板复合结构的振动传递率，根据该振动传递率的峰值，确定目标降噪频率f_目标；

确定所述列车地板复合结构的振动传递率的方法是，在列车地板复合结构的一侧施加振动激励，在列车地板复合结构的另一侧读取振动响应和声学响应，再通过式（1）计算该列车地板复合结构的振动传递率，式（1）为：

（1）

式（1）中，是振动传递率，是外地板外侧的平均加速度，是内地板内侧的平均加速度；

通过分析列车地板复合结构的振动传递率，获得振动频率与振动激励频率的关系图，选择关系图中振动传递率峰值对应的振动频率，将该频率确定为目标降噪频率f_目标，也就是列车低频降噪地板所针对的特定频率；

S2局域共振型声学超材料的轻量化设计

轻量化设计的方法包括以下步骤，

M1根据局域共振型声学超材料形状，获取该局域共振型声学超材料的各独立尺寸参数，计算初始质量m₀和初始固有频率f₀，将各独立尺寸参数作为初始变量；

M2对各独立尺寸参数进行灵敏度分析，确定各独立尺寸对局域共振型声学超材料的固有频率及质量的影响程度；

M3根据各独立尺寸参数的灵敏度分析结果，结合局域共振型声学超材料的具体应用场景的几何条件限制，确定各独立尺寸参数的变化范围和局域共振型声学超材料的质量变化范围，并作为约束条件；

M4以局域共振型声学超材料的固有频率和质量为优化目标，基于多目标优化算法进行优化计算，经过x次迭代计算后，得到i组尺寸参数，将i组尺寸参数作为i组新输入变量；

M5根据各组新输入变量，计算每一组新输入变量对应的局域共振型声学超材料的新固有频率及新质量，筛选出新固有频率与目标降噪频率f_目标最接近的若干组新输入变量；

M6将当前局域共振型声学超材料的若干组当前质量与初始质量m₀比对，如果当前质量相对于初始质量m₀的变化量满足约束条件，则确定其中对应的一组新质量最小的新输入变量为局域共振型声学超材料优化后的尺寸参数，否则，返回步骤M4，并循环步骤M4-步骤M6。

2.根据权利要求1所述的局域共振型声学超材料轻量化设计方法，其特征在于，

采用有限元方法或数值分析方法确定所述列车地板复合结构的振动传递率，该有限元方法和数值分析方法均通过建立所述列车地板复合结构的声振特性分析模型确定该振动传递率。

3.根据权利要求1所述的局域共振型声学超材料轻量化设计方法，其特征在于，

所述多目标优化算法为多岛遗传算法、自适应模拟退火法或神经网络算法中的任意一种。

4.一种列车低频降噪地板，包括层叠分布的外地板和内地板，该外地板与该内地板之间连接有木骨，其特征在于，

还包括如权利要求1-3任一所述的局域共振型声学超材料轻量化设计方法得出的局域共振型声学超材料，

该局域共振型声学超材料固定于外地板、内地板或木骨中的一个或多个。

5.根据权利要求4所述的列车低频降噪地板，其特征在于，

所述局域共振型声学超材料为悬臂式结构。

6.根据权利要求5所述的列车低频降噪地板，其特征在于，

所述局域共振型声学超材料包括b型块和L型块，

该b型块包括立方块和悬臂梁，该悬臂梁与立方块一体成型，

该L型块一端与该悬臂梁一体成型，该L型块与悬臂梁构成U型结构。

7.根据权利要求4所述的列车低频降噪地板，其特征在于，

所述局域共振型声学超材料的材质为低密度、高模量的高分子材料或者低密度、高模量的金属材料。

8.根据权利要求7所述的列车低频降噪地板，其特征在于，

所述局域共振型声学超材料的材质为有机玻璃或铝。