最大化超阈值采样点数的双层串联微穿孔板结构设计方法技术

最大化超阈值采样点数的双层串联微穿孔板结构设计方法，包括：设置问题参数和算法参数；随机产生M个代表双层串联微穿孔板结构设计方案的解向量，并计算其目标函数值；利用最优邻域搜索、基因改良、贪婪策略调整所有解向量；核查步骤终止条件，确定最优双层串联微穿孔板结构设计方案。本发明专利技术的方法建立了超出吸声系数阈值的采样点数的目标函数，根据双层微穿孔板的结构参数定义了解向量，并结合多种运算调整所有解向量，相较于现有的声能密度法，本发明专利技术的方法具有更高的灵活性，使双层串联微穿孔板在指定频带内具有较强的降噪性能。

Structural Design Method of Double-layer Series Micro-perforated Plate for Maximizing Over-threshold Sampling Points

【技术实现步骤摘要】
最大化超阈值采样点数的双层串联微穿孔板结构设计方法
本专利技术涉及双层串联微穿孔板结构设计方法，具体涉及一种最大化超阈值采样点数的双层串联微穿孔板结构设计方法。
技术介绍
噪声在人们生活中无处不在，例如，学校门前小汽车行驶时发出的喇叭声、露天工地里大型机械设备运转时发出的阵阵轰鸣声、生活区内外各种宠物狗互相争斗时发出的吼叫声，实际中广大环保人士难以完全消除或控制上述噪声源，而吸收噪声不失为一种有效的降噪措施。单层微穿孔板具有一定的降噪功能，但它仅在相对较窄的频带内对噪声具有高吸收，难以保证人们的生活与工作环境足够安静，为了拓宽高吸收频带，可以考虑使用双层串联微穿孔板(如图1)。相比于单层微穿孔板，双层串联微穿孔板结构更复杂，所以其制造工艺繁琐，成本较高，若设计不当，则其降噪性能甚至不如单层微穿孔板(如图2)好，因此，在制造双层串联微穿孔板前必须要根据实际降噪需求建立考虑高吸收频带的精确数学模型，并对该吸声体的结构参数进行合理优化。对于双层串联微穿孔板结构设计，现有方法根据频率采样点的声能密度、吸声系数与采样间隔建立目标函数maxA为双层微穿孔板的吸声量，αi为第i(i＝1，…，n)个频率采样点的吸声系数，wi为声能密度，Δf为频率采样间隔。假设环境噪声为白噪声，声能密度为常数，则目标函数可进一步化简，计算量可大大降低。然而，实际生活中大部分环境噪声种类繁多，不同频率采样点的声能密度存在差异，该方法未针对此种情况明确如何获得声能密度wi，因此难以保证目标函数的计算精度。为了提高双层串联微穿孔板的降噪性能，满足人们对安静环境的期望与实际需求，有必要对整个频带内的吸声系数进行准确建模与优化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对双层串联微穿孔板结构设计提出一种新的目标函数——整个频带内超出吸声阈值的频率采样点数，并提供一种有效的最大化该目标函数的优化方法，通过合理调整外、内层微穿孔板的穿孔直径，板厚，穿孔总面积占全板的百分数与板后空腔厚度等结构参数拓宽高吸声系数频带，使整个频带内采样点的吸声系数更为均匀。为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案具体如下：最大化超阈值采样点数的双层串联微穿孔板结构设计方法，包括以下步骤：步骤A：设置问题参数与算法参数，问题参数包含吸声系数阈值α0，频带的上限fmax和下限fmin，频率采样点总数n，问题维数N，第j维变量的上限Vj，max和下限Vj，min，j＝1，…，N；算法参数包含解向量的总数M，最大调整次数Gmax，最小基因改良概率pb，min和最大基因改良概率pb，max；步骤B：在定义域内随机产生M个代表双层串联微穿孔板设计方案的解向量，并计算每个解向量的目标函数值，具体包括：步骤B-1：根据均匀分布随机产生M个解向量；定义任意一个解向量为V＝(d1，t1，p1，D1，d2，t2，p2，D2)，其中d1为外层微穿孔板的穿孔直径，t1为外层微穿孔板的板厚，p1为外层微穿孔板中穿孔总面积占全板的百分数，D1为外层微穿孔板的后空腔厚度；d2为内层微穿孔板的穿孔直径，t2为内层微穿孔板的板厚，p2为内层微穿孔板中穿孔总面积占全板的百分数，D2为内层微穿孔板的后空腔厚度；第j维变量通过Vj＝Vj，min+r·(Vj，max-Vj，min)产生，j＝1，…，N；r为[0，1]内服从均匀分布的随机数；步骤B-2：计算任意解向量V＝(d1，t1，p1，D1，d2，t2，p2，D2)的目标函数值；在整个频带内均匀采样n个频率点，第i个频率值由计算获得，i＝1，…，n；对于外层微穿孔板，分别计算其穿孔板常数相对声阻和相对声质量并用同样的方法分别计算内层微穿孔板的穿孔板常数k2、相对声阻r2和相对声质量m2，再分别计算双层微穿孔板的等价相对声阻与相对声抗然后计算频率点i的吸声系数最后计算V＝(d1，t1，p1，D1，d2，t2，p2，D2)的目标函数值，目标函数值为整个频带中吸声系数超出阈值α0的频率采样点的数量sgn(αi＞α0)定义为符号函数；当第i个频率采样点的吸声系数αi超出α0时其值为1，否则其值为0，i＝1，…，n；步骤C：对M个解向量进行调整，具体包括：步骤C-1：实时更新基因改良概率pb。在第G次调整中，根据最小、最大基因改良概率pb，min和pb，max动态更新第G次的基因改良概率G为当前解向量的调整次数，G＝1，…，Gmax；步骤C-2：采用最优邻域搜索运算调整M个解向量。随机选择不同于解向量v的另外两个互不相同的解向量v1和v2，v＝1，…，M，根据目标函数值确定三个解向量v、v1和v2中最好的一个为va，以0.5的概率从其他两个解向量中随机选择一个为vb，剩下的一个解向量为vc；根据产生新的解向量r为在[0，1]间按均匀分布产生的一个随机数；步骤C-3：对于v＝1，…，M，j＝1，…，N，核查第v个解向量的第j维变量是否超出其定义域[Vj，min，Vj，max]；若高于其上限Vj，max，则令若低于其下限Vj，min，则令若没有超出[Vj，min，Vj，max]，则保持其值不变；步骤C-4：以概率采用基因改良运算调整解向量的每一维变量；以概率对第v个解向量的第j维变量进行基因改良运算，在[0，1]间按均匀分布产生一个随机数r，在[1，M]间按均匀分布产生一个随机整数v0，如果满足且则用替换Vv，j，否则忽略此次基因改良运算，v＝1，…，M；j＝1，…，N；步骤C-5：利用贪婪策略实时更新解向量；根据步骤B-2确定第v个调整后的解向量的目标函数值若高于调整前的解向量的目标函数值f(Vv)，则用替换Vv，否则，将本次对第v个解向量的调整视为失败，仍保留调整前的解Vv，v＝1，…，M；步骤D：实时核查步骤终止条件；令当前调整次数G加1，若G高于Gmax，则停止执行所有步骤，并将M个解向量中具有最多超阈值采样点数的解向量视为最优的双层串联微穿孔板结构设计方案；若G低于或等于Gmax，则重复步骤C～D。优选的，所述步骤A中，频带下限fmin为0.1kHz，频带上限fmax为2kHz。优选的，所述步骤A中，频率采样点总数为1000，问题维数N为8，解向量个数M为40，最大调整次数Gmax为200。优选的，所述步骤A中，和与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术针对双层串联微穿孔板结构设计提出了一种新的目标函数——整个频带内超出吸声阈值的频率采样点数，且提出了一种有效的最大化该目标函数的优化方法，通过合理调整外、内层微穿孔板的穿孔直径，板厚，穿孔总面积占全板的百分数与板后空腔厚度等结构参数可显著拓宽高吸声系数频带，使整个频带内采样点的吸声系数更为均匀；本专利技术的方法可按照设计者所关注的频率范围自由选择频率上限与下限，因此灵活性高，可操作性强；本专利技术的方法能有效提高双层串联微穿孔板对不同频带的降噪性能，削弱噪声对人们及周围环境的影响，在吸声降噪设计领域具有很好的应用前景。附图说明图1为双层串联微穿孔板的结构图；图2为通过分别随机产生结构参数所获得的单层、双层微穿孔板的频率——吸声曲线图；图3为本专利技术的最大化超阈值采样点数的双层串联微穿孔板结构设计方法的流程示意图；图4为三种不同吸声系数阈值情况下分别基于声能密度法与本专利技术的吸声系数阈值法的目标函数柱状图；图5为吸声系数阈值α0＝0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.最大化超阈值采样点数的双层串联微穿孔板结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：设置问题参数与算法参数，问题参数包含吸声系数阈值α0，频带的上限fmax和下限fmin，频率采样点总数n，问题维数N，第j维变量的上限Vj，max和下限Vj，min，j＝1，…，N；算法参数包含解向量的总数M，最大调整次数Gmax，最小基因改良概率pb，min和最大基因改良概率pb，max；步骤B：在定义域内随机产生M个代表双层串联微穿孔板设计方案的解向量，并计算每个解向量的目标函数值，具体包括：步骤B‑1：根据均匀分布随机产生M个解向量；定义任意一个解向量为V＝(d1，t1，p1，D1，d2，t2，p2，D2)，其中d1为外层微穿孔板的穿孔直径，t1为外层微穿孔板的板厚，p1为外层微穿孔板中穿孔总面积占全板的百分数，D1为外层微穿孔板的后空腔厚度；d2为内层微穿孔板的穿孔直径，t2为内层微穿孔板的板厚，p2为内层微穿孔板中穿孔总面积占全板的百分数，D2为内层微穿孔板的后空腔厚度；第j维变量通过Vj＝Vj，min+r·(Vj，max‑Vj，min)产生，j＝1，…，N；r为[0，1]内服从均匀分布的随机数；步骤B‑2：计算任意解向量V＝(d1，t1，p1，D1，d2，t2，p2，D2)的目标函数值；在整个频带内均匀采样n个频率点，第i个频率值由...

【技术特征摘要】
1.最大化超阈值采样点数的双层串联微穿孔板结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：设置问题参数与算法参数，问题参数包含吸声系数阈值α0，频带的上限fmax和下限fmin，频率采样点总数n，问题维数N，第j维变量的上限Vj，max和下限Vj，min，j＝1，…，N；算法参数包含解向量的总数M，最大调整次数Gmax，最小基因改良概率pb，min和最大基因改良概率pb，max；步骤B：在定义域内随机产生M个代表双层串联微穿孔板设计方案的解向量，并计算每个解向量的目标函数值，具体包括：步骤B-1：根据均匀分布随机产生M个解向量；定义任意一个解向量为V＝(d1，t1，p1，D1，d2，t2，p2，D2)，其中d1为外层微穿孔板的穿孔直径，t1为外层微穿孔板的板厚，p1为外层微穿孔板中穿孔总面积占全板的百分数，D1为外层微穿孔板的后空腔厚度；d2为内层微穿孔板的穿孔直径，t2为内层微穿孔板的板厚，p2为内层微穿孔板中穿孔总面积占全板的百分数，D2为内层微穿孔板的后空腔厚度；第j维变量通过Vj＝Vj，min+r·(Vj，max-Vj，min)产生，j＝1，…，N；r为[0，1]内服从均匀分布的随机数；步骤B-2：计算任意解向量V＝(d1，t1，p1，D1，d2，t2，p2，D2)的目标函数值；在整个频带内均匀采样n个频率点，第i个频率值由计算获得，i＝1，…，n；对于外层微穿孔板，分别计算其穿孔板常数相对声阻和相对声质量并用同样的方法分别计算内层微穿孔板的穿孔板常数k2、相对声阻r2和相对声质量m2，再分别计算双层微穿孔板的等价相对声阻与相对声抗然后计算频率点i的吸声系数最后计算V＝(d1，t1，p1，D1，d2，t2，p2，D2)的目标函数值，目标函数值为整个频带中吸声系数超出阈值α0的频率采样点的数量sgn(αi＞α0)定义为符号函数；当第i个频率采样点的吸声系数αi超出α0时其值为1，否则其值为0，i＝1，…，n；步骤C：对M个解向量进行调整，具体包括：步骤C-1：实时更新基因改良概率pb。在第G次调整中，根据最小、最大基因改良概率pb，min和pb，max动态更新第G次的基因改...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹德旋，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32