本发明涉及机械减振，尤其涉及一种衰减汽车轰鸣声的方法及装置。
背景技术：
1、弹性波作为自然界普遍存在的物理现象，合理的应用会给人们的生活带来便利。然而在一些场合，弹性波的存在会带来麻烦与不便，例如：在精密仪器工作时，弹性波的出现会使精度难以得到保证；发动机运转时的噪声与振动会给乘员带来不适等等。在车辆中，车身的局部共振导致车内出现轰鸣声，给乘客带来非常不好的体验。因此，需要采用一定的技术手段来阻挡弹性波的传播。常见的衰减汽车轰鸣声的方法有附加动态减振器和更改局部加强筋，但附加动态减振器频率单一，附加质量、体积大，而更改局部加强筋作用范围窄、效果差。
2、声学超材料作为一种具有特殊声学性质的人工材料，通过设计和排列微小的结构单元，能够控制、调节和操纵声波的传播行为，有望用于衰减车辆轰鸣声。声学超材料通常由周期性排列的结构单元组成，这些结构单元的尺寸远小于声波的波长。通过调节结构单元的形状、尺寸和排列方式，声学超材料可以实现对声波的折射、反射、吸收和透射等特殊控制效应。声学超材料在声学隔离、声波透镜、声波吸收、声波传感等领域具有广泛的应用潜力。例如，声学超材料可以用于设计更有效的隔音材料，用于减少噪音的传播和干扰。总之，声学超材料由复合材料组成周期性结构，是一种具有特殊声学性质的人工材料，通过调节微小结构单元的排列和形状，可以实现对声波的精确控制和调节，具有能够在特定频率范围内阻挡亚波长弹性波传播的能力，在减振降噪领域具有广泛的应用前景。但由于附加质量、尺寸和装配方式限制了超材料与工程应用的结合。
3、目前超材料主要有一维杆状，二维薄板、薄膜，三维蜂窝。其中，薄板是一类非常特殊的结构，这类结构中会产生丰富的表面波，吸引了很多力学和工程领域研究者们的普遍关注。薄膜型声学超材料和薄板型结构有所不同，一般是采用框架分隔出单个元胞，并在薄膜上布置质量块。由于薄膜刚度不足以克服自身重力，需要施加张力才能传播振动。因此，在薄膜型声学超材料中，不但可以调整薄膜的单元尺寸和形状，还能调节薄膜张力。此外，通过改变质量块的形状、重量、数量、位置都可以调整单元的共振频率和声学特性。但是，现有技术中的声学超材料结构往往是针对特定的降噪频率进行排列组合以及组成元胞的设计，当需要降噪的声音频段发生改变时，不便于对声学超材料的结构和组成进行改动，适应性较差。
4、而且，使用传统算法进行声学超材料结构优化设计时，是将声学超材料最小周期结构离散成n*n的小网格后，通过向网格中填充材料来表征结构拓扑。然而，优化中常常会出现的棋盘格现象和灰色区域问题会导致最终得到的结构无法生产、制备，不具有实际意义。且传统优化方法的结构只能获得固定带隙，无法对带隙之外的弹性波起到阻挡作用。如果需要对其他频段的弹性波进行阻挡，则需要额外设置约束条件和目标函数，重新对结构进行优化和制备，步骤繁琐。
技术实现思路
1、本发明的目的在于，提供一种衰减汽车轰鸣声的方法及装置，以解决上述问题，可以在所需隔振频域区间均有较好的弹性波阻隔效果，优化过程简单稳定高效，生产成本低。
2、本发明提出了一种衰减汽车轰鸣声的方法，包括如下步骤：
3、步骤s1、创建声学超材料阻尼板的有限元模型，所述声学超材料阻尼板由若干个元胞组成，所述元胞包括基板和/或散射体，所述基板呈方形蜂窝状，所述散射体包括硅橡胶或金属块，所述散射体填充至所述基板的蜂窝孔内；
4、步骤s2、采用遗传算法优化声学超材料阻尼板模型的结构，所述遗传算法采用三码元改进，其中种群个体由0、1和2组成，0、1、2分别表示元胞的三种拓扑结构，分别为硅橡胶填充基板、金属块填充基板、无填充基板；
5、步骤s3、检验种群是否满足停止条件，如果满足停止条件，则输出声学超材料阻尼板的最优结构参数，否则，继续执行步骤s2。
6、在一个实施例中，所述遗传算法的初始种群包括20个染色体，每个染色体包括15个基因，所述基因为元胞的三种拓扑结构。
7、在一个实施例中，所述步骤s2还包括设计遗传算法的变量、约束条件和目标函数，所述变量包括迭代次数、最小减振频率、最大减振频率，所述约束条件为迭代次数小于设定的最大迭代次数，所述目标函数为声学超材料阻尼板前n条能带特性曲线表现出的最大相对带宽maximize:c；
8、其中，maximize:c用于表征所述声学超材料阻尼板的减振性能，maximize:c值越大，所述声学超材料阻尼板的减振性能越好。
9、在一个实施例中，所述声学超材料阻尼板前n条能带特性曲线表现出的最大相对带宽maximize:c的计算公式为：
10、
11、其中，min:ωn+1(k)表示声学超材料阻尼板第n条带隙的带隙下边界频率，max:ωn(k)表示声学超材料阻尼板第n条带隙的带隙上边界频率。
12、在一个实施例中，所述步骤s2中，遗传算法优化声学超材料阻尼板结构的过程具体包括：
13、步骤s21、随机生成初始种群，其中种群个体由0、1和2组成，每个个体码元对应一种元胞的拓扑结构；
14、步骤s22、利用有限元法计算个体目标函数值，评估每个个体的适应性；
15、步骤s23、通过轮盘赌算法从当前种群中选择若干个体构建交配池，根据个体的适应性对个体进行排序，种群中第i个个体被选中的概率根据公式求得，其中，
16、步骤s24、交配池中的个体随机交叉，产生的子代个体将取代父代个体；
17、步骤s25、每个个体的每个基因位都有几率发生变异，对于变异的基因位，剩余两种元胞拓扑结构中的每一种都有50％的机会发生；
18、步骤s26、如果新产生的子代种群中最优目标函数值劣于父代种群中最优目标函数值，那么父代种群最优个体将随机替换任意一个后代个体以完成后续操作；
19、步骤s27、对于后代个体，将重复步骤s22，直到满足终止条件。
20、在一个实施例中，所述声学超材料阻尼板的有限元模型通过软件comsolmultiphysics创建。
21、在一个实施例中，所述声学超材料阻尼板的有限元模型为二维结构。
22、本发明还提出了一种衰减汽车轰鸣声的装置，实现如上所述的衰减汽车轰鸣声的方法，包括控制器和声学超材料阻尼板；
23、所述控制器用于设计优化声学超材料阻尼板的结构并根据优化后的结构参数控制声学超材料阻尼板的组成和/或切换；
24、所述声学超材料阻尼板包括硅橡胶嵌入体元胞、金属块嵌入元胞和/或无填充元胞，所述硅橡胶嵌入体元胞包括基板、粘合件和硅橡胶嵌入体，所述硅橡胶嵌入体通过所述粘合件与所述基板可拆卸连接，所述金属块嵌入元胞包括基板、粘合件和金属块嵌入体，所述金属块嵌入体通过所述粘合件与所述基板可拆卸连接，所述无填充元胞包括基板。
25、在一个实施例中，所述基板为树脂板，所述基板呈方形蜂窝状，中间位置开设有圆形孔洞，所述硅橡胶或金属块嵌入所述孔洞。
26、在一个实施例中，所述粘合件为磁性型沥青阻尼板。
27、与现有技术相比，本发明的衰减汽车轰鸣声的方法及装置的有益效果在于：
28、1)本发明通过声学超材料结构的设计及应用，可以根据给定的降噪频率设计出对应的声学超材料结构，以实现对应频率的最佳降噪效果，从而保证在所需隔振频域区间有较好的弹性波阻隔效果，促进了声学超材料在实际工程领域的推广和应用。
29、2)本发明可通过改变元胞的拓扑结构和材料属性，快速更改声学超材料结构的降噪频段，并具有可粘贴、易装配的特点，优化后的声学超结构阻尼板，不需要对结构进行额外的后处理，结构易于实现，在保证质量和体积的的同时，显著提高低频降噪效果，可用于低频降噪等诸多领域。
30、3)本发明可以仅靠改变填充材料的分布就能获得阻挡其他频段弹性波传播的能力，不需要进行额外的制备工艺，从而大幅度降低生产成本。
31、4)本发明中的衰减汽车轰鸣声的方法通过在孔洞中填充材料的方式表征结构，使得结构在优化过程中不会出现棋盘格现象，限定填充材料参数也杜绝了灰色区域问题的出现，优化过程变得简单稳定高效，不需要额外的后处理即可得到有效结构，简化了结构制备所需的复杂工艺，具有很强的使用价值。
1.一种衰减汽车轰鸣声的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的衰减汽车轰鸣声的方法，其特征在于，所述遗传算法的初始种群包括20个染色体，每个染色体包括15个基因，所述基因为元胞的三种拓扑结构。
3.根据权利要求1所述的衰减汽车轰鸣声的方法，其特征在于，所述步骤s2还包括设计遗传算法的变量、约束条件和目标函数，所述变量包括迭代次数、最小减振频率、最大减振频率，所述约束条件为迭代次数小于设定的最大迭代次数，所述目标函数为声学超材料阻尼板前n条能带特性曲线表现出的最大相对带宽maximize:c；
4.根据权利要求3所述的衰减汽车轰鸣声的方法，其特征在于，所述声学超材料阻尼板前n条能带特性曲线表现出的最大相对带宽maximize:c的计算公式为：
5.根据权利要求3所述的衰减汽车轰鸣声的方法，其特征在于，所述步骤s2中，遗传算法优化声学超材料阻尼板结构的过程具体包括：
6.根据权利要求1所述的衰减汽车轰鸣声的方法，其特征在于，所述声学超材料阻尼板的有限元模型通过软件comsol multiphysics创建。
7.根据权利要求6所述的衰减汽车轰鸣声的方法，其特征在于，所述声学超材料阻尼板的有限元模型为二维结构。
8.一种衰减汽车轰鸣声的装置，其特征在于，实现如权利要求1-7任一项所述的衰减汽车轰鸣声的方法，包括控制器和声学超材料阻尼板；
9.根据权利要求8所述的衰减汽车轰鸣声的装置，其特征在于，所述基板为树脂板，所述基板呈方形蜂窝状，中间位置开设有圆形孔洞，所述硅橡胶或金属块嵌入所述孔洞。
10.根据权利要求8所述的衰减汽车轰鸣声的装置，其特征在于，所述粘合件为磁性型沥青阻尼板。
