20846

۲۰۸۴۶

مدلسازي يك پنهان ساز اكوستيكي در زير آب

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

۱۳۹۵

۱۳۹۸/۳/۲۸

دكتر رضا معدوليت

دكتر روح الله طالبي توتي

مكانيك

چكيده: پنهان‌سازي از ديرباز موردتوجه بشر قرار داشت و همواره تلاش مي‌كردند خود را از منظر تهديدهاي خارجي مخفي كنند.با پيشرفت تكنولوژي‌هاي آبي و دريايي پنهان شدن در برابر امواج صوتي نيز مورد اهميت پيدا كرد.پديده پنهان‌سازي الكترومغناطيسي يا همان نوري سابقه طولاني دارد اما در دهه‌ اخير با توجه به پي بردن محققان به شباهت‌هاي پنهان‌سازي آكوستيكي با پنهان‌سازي الكترومغناطيسي را براي پيشرفت در زمينه پنهان‌سازي آكوستيكي هموار شد. هدف اين پنهان‌سازي جلوگيري از برخورد موج ورودي به جسم و به حداقل رساندن بازتاب‌هاي صوتي ناشي از جسم مي‌باشد. پس از مطرح‌شدن آكوستيكي براي تحقق اين پديده تئوري‌هاي مختلفي مطرح شد كه تئوري‌هاي تبديل مختصات اينرسي و پنتامود به دليل جامع بودنشان بيشتر مورد توجه‌قرارگرفتند. مهم‌ترين ويژگي يك تئوري قابليت ساخت خواص مورد نياز‌ان براي پنهان‌سازي مي‌باشد.در زمينه پنهان‌سازي در زير آب پنهان‌ساز پنتامود ويژگي‌هاي مناسب‌تري از خود‌ نشان‌داد و به‌عنوان تئوري‌هاي پيشرو در اين زمينه مطرح‌ شد. تئوري‌هاي پنهان‌سازي خواص موردنياز جهت پنهان‌سازي را ارائه مي‌دهند، اما در مورد انتخاب ساختار مناسب و ابعاد ‌آن هيچ اطلاعاتي ارائه نمي‌دهند. پس با حدس زدن ساختار اوليه و بهينه كردن ابعاد آن جهت داشتن پارامتر‌هاي نزديك ‌به تئوري‌هاي پنهان‌سازي مي‌توان ساختار پنهان‌ساز را طراحي كرد. محققان ساختار‌ها و روش‌هاي مختلفي جهت طراحي پنهان‌سازهاي پنتامود ارائه كردند كه جديدترين آن‌ها استفاده از شرط مرزي فلوكوئت بلاچ براي به دست آوردن پارامترهاي مؤثر ساختار مي‌باشد.اما در مورد نحوه بهينه‌سازي اطلاعاتي در ارائه نكردند. اين تحقيق در پي مدل‌سازي روش‌هاي مختلف تبديل مختصات اينرسي و پنتامود جهت شناسايي دقيق تز نقاط قوت و ضعف آن‌ها و همچنين بهبود روش شرط مرزي فلوكوئت بلاچ و بهينه‌سازي جهت طراحي پنهان‌سازهاي پنتامود است. با ارتباط بين متلب و كامسول روشي جهت شناسايي پارامتر‌هاي مؤثر يك ساختار پنتامود و بهينه‌سازي ابعاد آن با استفاده از الگوريتم‌ فرا ابتكاري ژنتيك براي ارضاي پارامترهاي تئوري پنتامود ارائه گرديد.درنهايت با ساخت يك پنهان‌ساز دوبعدي با اين روش عملكرد روش پيشنهادي مورد ارزيابي قرار داده شد. واژه‌هاي كليدي: پنهان‌سازي آكوستيكي، بهينه‌سازي، پنتامود متريال، الگوريتم ژنتيك

1398/04/29

Design of an acoustic cloak in water

7/20/2019 12:00:00 AM

Cloaking has always been an interesting subject for human beings as they tried to hide themselves from external threats. In recent years, breakthroughs and progress in the marine technology have underlined the importance of hiding from sound waves. Electromagnetic cloaking or light cloaking has a long history, but in the recent decade the discovery of similarities between acoustic and electromagnetic has paved the way for the progress in the field of acoustic cloaking. The goal in acoustic cloaking is to prevent the incoming waves from colliding with the target object and minimize of the acoustic reflection from the target object. Different theories have been proposed for acoustic cloaking, among which conversion of inertia and pentamode coordinate system has gained popularity due to its comprehensiveness. The most important aspect of a cloaking theory is the ability to manufacture the required material for cloaking. In the field of underwater cloaking pentamode has exhibited suitable characteristics and is regarded as the leading theory in the field underwater cloaking. Cloaking theories give information regarding the required features for cloaking; however, they do not reveal any information about the suitable structure and dimensions. However, it is possible to form an initial guess and optimize its dimensions to achieve parameters close to the ones of the cloaking theories in order to design the structure of the cloaking device. Researchers have proposed various structures and methods for designing pentamode cloaks, among which using the Floquet-Bloch border condition is the most recent theory for obtaining the effective parameters of the structure, yet non proposed a method for optimization of the dimensions. This research aims to model different methods of converting inertia and pentamode coordinate to undertake an accurate assessment of strengths and weaknesses of the methods as well as improving the Floquet-Bloch border condition and optimization methods for designing a pentamode cloaking device. To realize this goal, in this study, using a link between Matlab and Comsol a method for identification of the effective parameters of a pentamode structure and optimization of its dimensions has been proposed. In the proposed method, metaheuristic algorithms such as Particle Swarm Optimization and Genetic Algorithm have been utilized to satisfy the parameters of pentamode theory. Finally, the effectiveness of the proposed method is verified using a two-dimensional cloaking device. Keywords:Acoustic cloaking,optimization,pentamode cloaking,genetic alghoritem