基于LightGBM和遗传算法的二维层状声子晶体结构设计

TB535+.1; 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...

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Published in人工晶体学报 Vol. 53; no. 10; pp. 1720 - 1728
Main Authors 楚凡, 赵春风
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 合肥工业大学土木与水利工程学院,合肥 230009 15.10.2024
Subjects
genetic algorithm
遗传算法
bandgap
phononic crystal
LightGBM
结构设计
带隙
vibration reduction characteristic
声子晶体
减振特性
structural design
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ISSN1000-985X
DOI10.3969/j.issn.1000-985X.2024.10.008

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Summary:TB535+.1; 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.
ISSN:1000-985X
DOI:10.3969/j.issn.1000-985X.2024.10.008