噪声与振动控制

噪声与振动控制 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (5): 234-238.

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基于水平集的二维半空间声屏障优化设计

张放，姜富航，陈海波
  

  1. ( 中国科学技术大学中国科学院材料力学行为与设计重点实验室，合肥230027 ）
  • 收稿日期:2021-07-18 修回日期:2021-09-27 出版日期:2022-10-18 发布日期:2022-10-18

Optimization Design of 2D Half-space Sound Barriers Based on Level Set Method

  • Received:2021-07-18 Revised:2021-09-27 Online:2022-10-18 Published:2022-10-18

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摘要： 针对二维半空间声散射问题，采用水平集方法对声屏障截面进行优化设计。以Γ 型声屏障为例，给定水平集函数初始配置后，通过求解反应扩散方程来更新结构边界。目标函数设定为观测区域上声压的积分，并由伴随变量法计算出拓扑导数作为优化的梯度。声场与伴随场均采用边界元法进行求解，同时将半空间格林函数作为基本解，以模拟地面对声波的反射效果。在每次迭代中对零水平集基于结构面积进行过滤，仅保留主体部分作为声屏障的截面外形，实现基于拓扑优化的高效形状优化处理。数值算例给出过滤前后的优化结果，并利用商业软件COMSOL进行验证。

关键词: 声学, 声学边界元, 形状优化, 半空间, 水平集, 声散射