[发明专利]一种层级蜂窝式声学超材料结构及其优化方法

权利要求书

1.一种层级蜂窝式声学超材料结构，其特征在于，其为由层级蜂窝式基体和树脂嵌入体组成的层级蜂窝式结构，通过不同大小的正六边形取代规则六边形蜂窝结构的单元壁和单元角形成层级结构得到，其中所述层级蜂窝式基体内未填充散射体。

2.根据权利要求1所述的层级蜂窝式声学超材料结构，其特征在于，所述树脂嵌入体为所述层级蜂窝式声学超材料结构的弹性波散射体。

3.权利要求1或2所述层级蜂窝式声学超材料结构的优化方法，其特征在于，包括：

(1)采用遗传算法优化树脂嵌入体在所述层级蜂窝式基体中的分布位置；

(2)采用数值计算的方法得出所述层级蜂窝式结构的波传播特性，填充后的层级蜂窝式结构在低频范围内产生宽的带隙，且随着层级数的增加，带隙出现的频率越低；

(3)以上述层级蜂窝式结构为例制作层级蜂窝式声学超材料实物，针对仿真结果进行验证，并对结果以无量纲的形式进行对比分析。

4.根据权利要求3所述层级蜂窝式声学超材料结构的优化方法，其特征在于，所述树脂嵌入体有若干个，根据遗传算法完全填充于所述层级蜂窝式基体的蜂窝孔洞中，保证弹性波在结构中连续传播，而另一部分孔洞无任何填充。

5.根据权利要求3所述层级蜂窝式声学超材料结构的优化方法，其特征在于，步骤(1)中，所述遗传算法优化树脂嵌入体的优化过程如下：

(i)随机生成初始种群，其中种群个体由0和1组成，每个个体码元对应相应孔洞的填充状态；

(ii)利用有限元法计算个体目标函数值，并评估每个个体的适应性；

(iii)通过轮盘赌算法从当前种群中选取若干个个体来构建交配池，根据个体的适应性对个体进行排序，种群中第i个个体被选中的概率根据公式求得，其中，

(iv)交配池中的个体随机交叉，产生的子代个体将取代父代个体；

(v)每个个体的每个基因位都有一种突变概率，增加基因的多样性和最优解的概率；

(vi)如果新产生的子代种群中最优目标的函数值低于父代种群中最优目标函数值，那么父代种群中最优个体将随机替换任意一个后代个体以完成后续操作，即精英选择策略；

(vii)对于后代个体，将重复步骤(ii)，直到满足终止条件。