《基於拓撲最佳化的消聲材料和結構構型設計理論研究》是依託大連理工大學,由劉書田擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於拓撲最佳化的消聲材料和結構構型設計理論研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉書田
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項研究旨在建立在特定頻段具有高效消聲性能的材料微結構設計的系統理論和一般方法。具體包括：建立在特定頻段具有最小透射率的材料微結構設計理論和方法，以用於隔聲材料設計；建立在特定頻段具有最小（或最大）反射率的材料微結構設計理論和方法，以用於吸聲（或隔聲）材料設計；建立提高阻尼性質的材料微結構設計理論和方法。主要研究內容包括：研究微結構構型與演化的描述方式以及等效聲阻抗分析技術，研究消聲材料與結構創新構型設計的拓撲最佳化方法；研究聲波在含有孔隙或者填充物材料中的傳播性質以及聲振耦合分析方法；研究有限尺度問題的阻尼、尺度效應等對消聲性能的影響規律；考慮材料幾何屬性和材料屬性對於材料消聲性能的影響，並建立多相材料幾何屬性與各相材料性質屬性多層級的特定（所需）頻段高效消聲材料的設計理論；針對火車輪軌等特定消聲需求，設計幾種典型的在特定（所需）頻段有高消聲性能的材料微結構構型，如層狀結構、多孔結構等。
結題摘要
本項研究旨在建立在特定頻段具有高效消聲性能的材料微結構設計的系統理論和一般方法。針對聲波傳播抑制（吸收和隔聲）和聲源結構減振兩大聲波控制因素，研究建立多孔吸聲材料孔結構幾何構型設計的最佳化模型，以獲得能夠有效抑制聲波傳播的吸聲材料；研究建立粘彈性阻尼材料微結構構型設計的最佳化模型和求解方法、以及振動結構中阻尼材料的最優布局方式設計理論和方法，以獲得能夠實現振源減振降噪的結構形式。主要成果包括：1、 研究建立了梯度多孔材料吸聲最佳化設計理論和方法。針對通孔型多孔材料，首先建立了層狀通孔材料孔結構最佳化設計模型和方法，實現了層狀梯度通孔材料化最優吸聲性能設計；其次建立了周期性非均勻柱形通孔材料微結構最佳化設計方法，獲得了一類高吸聲性能的非均勻柱形通孔材料孔結構構型；2、 研究了特定頻率下金屬纖維多孔材料吸聲性能分析與設計方法，獲得特定頻段下纖維絲直徑和材料最佳孔隙率之間的曲線關係，並建立了它們之間的解析表達，由此提出了一種新的特定頻率具有高效吸聲性能的金屬纖維多孔材料製備流程。3、 探討了粘彈性材料的性質對於結構阻尼性能具有重要的影響，發現存在特定性能（儲能模量）的阻尼材料使得巨觀阻尼材料的性能達到最優，建立了特定性能粘彈性阻尼材料微結構構型拓撲最佳化設計的理論和方法，實現了特定性能的多孔粘彈性材料微結構設計；4、研究了彈性波帶隙材料設計的理論和方法，提出了擴大帶隙寬度、降低帶隙頻段位置的材料微結構構型設計的新方法，解決了離散最小值最大化以及重特徵值問題，設計了具有多級複合材料特徵的方向性帶隙材料單胞構型；利用彈性波在周期性非線性結構中傳播時振幅對帶隙性質的影響，設計了一種新型低頻振幅調節帶隙濾波器，實現了“低振幅通，高振幅禁”的特殊帶隙特點。5、在結構拓撲最佳化算法方面，發展了多相材料與多層級的設計理論和方法。依託上述研究成果，發表國內外重要學術期刊論文29篇，其中國際SCI期刊論文20篇，國核心心期刊9篇。授權發明專利4項。培養研究生13名，其中博士研究生5名、碩士研究生8名。圓滿完成了研究計畫規劃的任務，實現了預期目標。
