(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210833435.9 (22)申请日 2022.07.15 (71)申请人 中国民航大 学 地址 300300 天津市东 丽区中国民航大 学 (72)发明人 刘兵飞　陈福星　 (74)专利代理 机构 合肥昕华汇联专利代理事务 所(普通合伙) 34176 专利代理师 李峰 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06N 3/12(2006.01) (54)发明名称 一种基于联合仿真的声学超材料结构设计 优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于联合仿真的声学超 材料结构设计优化方法， 包 括以下步骤： S101， 利 用COMSOL对声学超材料进行参数化 建模， 同时添 加多物理场、 边界条件、 材料参数等数据信息， 对 声学超材料的声学性能进行求解； S102， 在 MATLAB编程读取COMSOL 的模型参数； S103， 将集 成有MATLAB批处理程序的SIMCODE组件添加到 ISIGHT中； S104， 根据步骤 一的性能曲线图， 将 有 限元计算数据导入DATEMATCHIN G组件中， 并添加 到ISIGHT中， 以对更新计算的模型数据进行比对 分析。 S105,将集成有多岛遗传多目标优化算法 的OPTIMATION优化模块组件添加到ISI GHT中。 本 发明避免了复杂的算法编程， 在满足声学超材料 的设计需求时， 可提升优化效率和准确性， 节省 时间成本 。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 115186554 A 2022.10.14 CN 115186554 A 1.一种基于联合仿真的声学超材 料结构设计优化方法， 包括以下步骤： 其特 征在于： S101， 利用COMSOL对声学超材料进行参数化建模， 同时添加多物理场、 边界条件、 材料 参数等数据信息， 对声学超材 料的声学性能进行求 解； S102， 在MATLAB编程读取COMSOL的模型参数； S103， 将集成有MATLAB批处 理程序的SIM CODE组件添加到ISIGHT中； S104， 根据 步骤一的性能曲线图， 将有限元计算数据导入DATEMATCHING组件中， 并添加 到ISIGHT中， 以对更新计算的模型 数据进行比对分析； S105,将集成有多岛遗传多目标优化算法的OPTIMATION优化模块组件添加到ISIGHT 中； S106,运行计算， 得到最优解， 完成声学超材 料性能最优时结构的参数设计。 2.根据权利要求1所述的一种基于联合仿真的声学超材料结构设计优化方法， 其特征 在于： 所述S102步骤 中， 基于MATLAB编程读取COMSOL的参数模型， 并控制COMSOL的运行， 实 现对参数变量的读写与数据的输出， 具体操作： 在MATLAB 中编程实现与COMSOL服务器的自动连接， 获取COMSOL的运行代码， 实现对模 型参数的读写以及运行的控制， 并将有限元计算的数据通过程序导出进行分析。 3.根据权利要求1所述的一种基于联合仿真的声学超材料结构设计优化方法， 其特征 在于： 所述S10 3步骤中， COMSOL自动更新模型程序与分析中包括： 基于驱动程序修改模型参数变量， 驱动COMSOL进行更新计算， 自动更新并导出有限元 计算结果。 4.根据权利要求1所述的一种基于联合仿真的声学超材料结构设计优化方法， 其特征 在于： 所述S104 步骤中， 利用DATE MATCHING对数据结果进行分析比对具体操作： 基于驱动文件， 针对有限元计算结果作曲线图， 并根据曲线确定声学超材料结构优化 的表征目标。 5.根据权利要求1所述的一种基于联合仿真的声学超材料结构设计优化方法， 其特征 在于： 所述 步骤s105中， 具体包括： a.针对不同的优化目标， 分别为1)对声学超材料的带隙区间设计2)降低声学超材料的 带隙3)提升声学超材 料的整体降噪性能， 上述优化目标 可以描述 为 其中 为声学超材料带隙， STL(sound  transmission  loss)表征声学超材料的降 噪性能。 b.为保证超材 料结构的稳定性， 所述约束条件为： c.由于优化是针对曲线为对象， 针对目标1与2， 可根据带隙曲线， 提取第一条 能带的最 高点数据 于ISIGHT中设置优化函数为1. 针对STL曲线， 可设置 优化函数为3， 其中f(s)为曲线与x轴围成的面积， f(t)为STL曲线的最大值。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115186554 A 26.根据权利要求1所述的一种基于联合仿真的声学超材料结构设计优化方法， 其特征 在于： 所述S106步骤中， 根据ISIGHT优化过程图， 判断迭代计算结果的收敛性， 确定全局最 优解， 并于 COMSOL中进行验证分析。 7.根据权利要求1所述的一种基于联合仿真的声学超材料结构设计优化方法， 其特征 在于： 所述S101步骤中， 求解后， 得到超材料的结构带隙以及降噪性能等相关数据， 获得参 数化模型， 确定优化设计的尺寸变量为连接环的矩形宽度a,b和支撑柱的厚度c， 并对参数 化模型进行分析计算， 获得超材 料的结构带隙和降噪性能曲线图。 8.根据权利要求1所述的一种基于联合仿真的声学超材料结构设计优化方法， 其特征 在于： 所述S102步骤中， 读取模型参数后,随后基于MATLAB编程读取COMSOL的参数模型， 并 控制COMSOL的运行， 并控制COMSOL的运行求解以及数据输出， 实现对参数变量的读写与数 据的输出， 同时得到 MATLAB驱动文件。 9.根据权利要求1所述的一种基于联合仿真的声学超材料结构设计优化方法， 其特征 在于： 所述S103步骤中， 数据添加完成后在ISIGHT中用SIMCODE组件集成MATLAB批处理程 序， 实现对COMSOL的集成， 以驱动COMSOL自动更新参数化模型， 并对更新后的模型自动分 析。 10.根据权利要求1所述的一种基于联合仿真的声学超材料结构设计优化方法， 其特征 在于： 所述S105步骤中， 随后确 定要优化的尺寸变量范围、 多岛遗传算法 的种群个体， 岛数 与进化代数等算法参数和优化目标， 基于所述的多岛遗传算法对声学超材料的结构参数进 行优化， 分别实现1、 对声学超 材料的带隙区间设计； 2、 降低声 学超材料的带隙； 3、 提升声 学 超材料的整体降噪性能。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115186554 A 3