基于水平集的二维半空间声屏障优化设计

摘要

针对二维半空间声散射问题,采用水平集方法对声屏障截面进行优化设计。以Γ型声屏障为例,给定水平集函数初始配置后,通过求解反应扩散方程来更新结构边界。目标函数设定为观测区域上声压的积分,并由伴随变量法计算出拓扑导数作为优化的梯度。声场与伴随场均采用边界元法进行求解,同时将半空间格林函数作为基本解,以模拟地面对声波的反射效果。在每次迭代中对零水平集基于结构面积进行过滤,仅保留主体部分作为声屏障的截面外形,实现基于拓扑优化的高效形状优化处理。数值算例给出过滤前后的优化结果,并利用商业软件COMSOL进行验证。