【中国力学学会优博论文汇编】2022年度入选论文介绍：和梦欣

作者介绍

和梦欣，天津大学机械工程学院博士后，助理研究员。2015年于燕山大学获得工学学士学位，同年保送至天津大学硕博连读，2022年获得工学博士学位，获评2022年度天津大学优秀博士学位论文。

和梦欣博士主要从事结构振动与噪声控制研究，主要研究方向包括基于声学黑洞构型的减振降噪、结构多功能设计与数据驱动优化等。目前已在Journal of Sound and Vibration、Mechanical Systems and Signal Processing、ASME Journal of Vibration and Acoustics等动力学与控制权威期刊上发表SCI论文10余篇。主持国家自然科学基金青年项目、中国博士后科学基金面上项目等。

主要研究成果：

（1）弹性梁的声振优化设计：发展了基于粒子群与胞映射的混合优化方法，可以高效解决非均匀梁的减振降噪多目标优化问题，得到了完整、连续的Pareto前沿，揭示了振动噪声控制中的优化目标冲突性以及设计变量与优化指标的演化关系；

（2）声学黑洞结构的非线性振动特性：阐明了声学黑洞梁的主共振行为及其参数影响规律，利用非线性能量阱克服了传统声学黑洞结构低频减振性能不足的局限，采用胞映射方法揭示了减振性能指标与系统参数之间的复杂关联；

（3）基于声学黑洞构型的减振降噪研究：设计了代理模型自适应切换策略，提出了基于数据驱动的多目标优化方法，提高了结构多功能设计的计算效率和收敛性；揭示了基于声学黑洞构型的力学超材料带隙机制及其阻尼耗散与声振特性，实现了轻质高刚的减振降噪设计，相关成果已成功应用于海上采油平台的振动控制问题。

博士论文题目

基于多目标优化的结构减振与降噪研究

博士论文关键词

减振降噪

多目标优化

数据驱动优化

超材料

声学黑洞

博士论文摘要

结构减振与降噪设计问题广泛存在于航空航天、核工业及船舶重工等领域。工程中振动控制问题往往包含多个设计目标，拥有高维设计变量。通常这些设计目标相互冲突，例如轻量化设计与减振性能、动力吸振器附加质量与吸振效果等。其次，宽频激励、低频振动与噪声控制及非线性振动因素等为结构动力学分析与设计带来了许多困难。面对愈加复杂的工程需求，如何高效地设计结构避免振动与噪声辐射是亟需解决的问题。

本文从弹性梁的振动控制问题入手。首先，以轻量化与降噪设计为优化目标，以梁结构几何参数与物理参数为设计变量，采用传递矩阵法建立动力学模型，通过若干数值结果表明多目标降噪设计的重要性，并总结弹性梁减振设计规律。其次，本文研究声学黑洞梁的非线性动力学特性、与非线性能量阱的耦合作用效果、周期声学黑洞的带隙特性与隔声设计，拓展声学黑洞结构的应用前景。

对于结构优化算法，本文从胞映射算法入手，提出基于粒子群与胞映射的混合优化策略。迭代前期采用粒子群快速收敛，接着采用胞映射细分搜索技术精确搜索。该算法不仅能够快速收敛，而且一定程度上保证最优解的全局性，并应用于弹性梁多目标隔声设计。为了进一步加速结构设计效率，本文采用机器学习建立代理模型，并结合全局数据与局部数据分别建立代理模型，能够在迭代过程中自适应切换。该算法能够再较少力学模型调用次数获得最优解集，应用于周期声学黑洞结构隔声设计与二维超结构板的最优设计。

对于近些年广受关注的超材料振动控制问题，本文将分别研究基于声学黑洞、半正弦型波纹的一维超结构梁，并探讨轻量化设计、结构强度约束与振动性能设计之间的关系。为了提高结构强度，本文提出一种周期加筋板结构，基于有限元法分析带隙形成机制；通过3D打印制作试件，并测量振动传递率验证振动带隙。最后，提出一种基于声学黑洞的超材料板，并通过模态分析揭示其减振机理、展示声学黑洞超结构丰富的局域共振式模态行为。

以上为本文主要研究内容。从弹性梁振动控制问题入手，然后推广至一维超材料梁和二维超材料板。在研究过程中，提出了两种高效的结构多目标优化算法。在后续超材料设计中，数值和实验结果证明了所提算法的高效性及超材料的振动控制能力。本文研究工作将为工程结构振动控制提供高效的分析及优化策略。

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原标题：《【中国力学学会优博论文汇编】2022年度入选论文介绍：和梦欣》

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