人工晶体学报

作者：楚凡, 赵春风

单位：合肥工业大学土木与水利工程学院,合肥 230009

关键词：声子晶体,遗传算法,LightGBM,结构设计,减振特性,带隙,

基金：国家自然科学基金面上项目(52278302)

声子晶体具有周期性人工复合结构,以其带隙特性在波传播控制上的应用潜力而广受关注,为工程减振降噪提供了新的解决思路,这类材料的设计问题是当下研究的焦点。本研究以二维层状声子晶体结构为例,提出了一种利用LightGBM和改进遗传算法设计的创新方法。首先在声子晶体的带隙预测上选用LightGBM算法,对结构的排列向量进行类别特征处理,并结合模拟退火算法进行超参数调优,在传统有限元法计算时间的1/3134内,达到了整体误差不超过2%的预测精度;其次在设计方法上集成了一种基于精英保留策略的遗传算法,以地铁运行造成的环境振动问题为例,确定以带隙宽度为优化的适应度函数,得到了对应结构带隙覆盖30~40 Hz频段的种群;最后,对优化结构进行有限元分析,其带隙特征与预期基本吻合。本研究为声子晶体结构高效优化设计提供了一种新的解决方案。

来源：2024年第10期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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