IJMSD | 德国锡根大学张传增院士、青岛大学王发杰副教授团队：基于半解析无网格方法的声屏障性能分析及其材料分布优化

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该文亮点：1. 发展了一种用于声屏障性能分析和材料分布优化的新型半解析无网格方法；2. 建立了声学结构拓扑优化的Burton-Miller奇异边界法数学模型；3. 实现了单频和宽频噪声下不同形状声屏障吸声材料的分布优化；4. 提供了一种声屏障降噪性能优化的高效数值模拟手段。

图1 Graphical abstract

随着我国各类汽车和高速交通工具的迅猛发展，交通噪声污染问题日益突出，严重影响人们的正常生活和身体健康。声屏障是一种用于减少噪音干扰的高效结构，其降噪性能主要取决于自身的形状、尺寸与材料分布，因此改善声屏障的降噪性能成为近年来的科研重点方向之一。在声屏障表面覆盖吸声材料可显著提高其降噪效果，但整体全覆盖不一定为最佳方案，且还需考虑用材量和成本等因素。因此，优化吸声材料分布可减少资源的耗费，也有助于成本的降低，同时在实际应用中取得更佳的噪音控制效果。

青岛大学王发杰副教授团队与德国锡根大学张传增院士团队合作在《国际机械系统动力学学报（英文）》（International Journal of Mechanical System Dynamics, IJMSD）发表题为“Performance analysis and material distribution optimization for sound barriers using a semianalytical meshless method”的研究论文。该文提出了一种新型半解析无网格配点法，用于分析各种类型声屏障的声学性能，并结合固体各向同性材料惩罚法优化了声屏障表面吸声材料的分布。优化采用的方法如下：将吸声材料的声学效应简化为声学阻抗边界条件，优化目标为给定参考平面上的最小声压值，将吸声材料的体积作为约束条件，节点所对应的密度作为设计变量，采用移动渐近线法更新设计变量。本文所发展的无网格方法以基本解作为插值基函数，具有半解析和高精度的特点。此外，该方法完全避免了传统网格类数值方法中的网格离散化过程，仅引进离散边界节点求解未知声学参量，不需要任何数值积分。最后，通过数值模拟实例验证了该方法的有效性和准确性。

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《国际机械系统动力学学报（英文）》（International Journal Mechanical System Dynamics, IJMSD ）由来自18个国家的21位院士、17位国际学会主席、20位国际期刊主编等69位科学家和国际出版巨头美国Wiley出版社合作创立。IJMSD 旨在为用机械系统动力学科学与技术为提升现代装备设计、制造、试验、评估和使用全生命周期性能提供先进的理论、软件、方法、器件、标准，为全球科学家和工程专家提供广泛的机械系统动力学国际交流平台。IJMSD 强调从“系统”视角及系统级工具理解动力学，所涉及的机械系统不仅包括各种不同尺度的机械系统和结构，还包括具有多物理场/多学科特征的综合机械系统。

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