本发明涉及增材制造，具体涉及一种仿生各向异性声学超结构制造方法。
背景技术：
1、面对环境友好型船舶运输行业的巨大变革，声学污染的问题愈加关切，“声中和”的呼声也越来越高，防治船舶航行。自然界中的生物经过亿万年的进化，其外部组织与内在结构在外界响应下具有优良的性能，这是自然界物竞天择、优胜劣汰的选择。
2、到目前为止，已基于仿生概念设计了多种超结构实现噪声抑制，仿生结构经常具有复杂的几何形状以及各向异性的材料分布，因此传统的机加工技术难以满足仿生结构的制造需求。增材制造技术，集物理、机电、光学、材料等多学科于一体，是先进制造的代表性技术，被称为第三次工业革命的标志性技术之一，有望解决复杂仿生结构快速、高精度制造难题。复杂的仿生结构通常在不同尺度均有其特征，传统的激光增材制造方法难以满足快速制造的需求，亟需一种跨尺度复合制造方法，为仿生各向异性超结构材料分布、几何形状提供新的思路。
3、中国申请号为201410336236.2的发明专利公开了一种耳蜗及耳蜗毛细胞仿生声学超材料设计方法，其通过类比耳蜗结构和功能，进行仿生声学超材料的设计方法，包括类比整个耳蜗功能和结构的智能宽频仿生声学器件及宽频机械波能量回收装置的设计，及类比毛细胞功能和结构的集成纤毛型复合仿生声学超材料设计。但该现有技术能满足简单的需求，无法满足噪声调控需求，且超结构的精度不能保证。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提供一种仿生各向异性声学超结构制造方法，基于基于仿生蝇复眼，设计多尺度特征复合声学超结构，基于选择性等离子体微冲击—超快激光刻蚀复合激光增减材制造，实现仿生各向异性声学超结构的材料—结构—性能一体化制造，能够充分考虑空间各向异性的材料分布，实现优异的声波调控特性。
2、本发明的技术目的是这样实现的：
3、本发明提供一种仿生各向异性声学超结构制造方法，包括以下步骤：
4、s1仿生蝇复眼的结构特征，并对蝇复眼的结构特征进行分析，得到蝇复眼夹层结构，蝇复眼夹层结构由内层阵列单元、外层阵列单元和中间层阵列单元组成，其中，内层阵列单元和外层阵列单元为宏观阵列，中间层阵列单元为微观阵列；
5、s2确定蝇复眼夹层结构的参数组合，基于共轭梯度法对参数组合进行迭代计算，得到最佳的参数组合，根据最佳的参数组合构建初始模型；
6、s3确定噪声分析环境参数和优化目标，对初始模型进行噪声仿真，根据优化目标对初始模型的参数组合做进一步优化，得到最终的三维模型；
7、s4根据设计要求，确定增材区域和减材区域；
8、s5对三维模型进行切片分层处理，得到分层轮廓数据，根据分层轮廓数据确定激光沉积策略；
9、s6采用激光沉积策略在增材区域进行增材制造，建立宏观阵列的结构；
10、s7根据尺寸范围将减材区域划分为第一子区域和第二子区域，采用第一激光加工方式对第一子区域进行减材制造，采用第二激光加工方式对第二子区域进行减材制造，形成微观阵列的结构。
11、在上述方案的基础上，优选的，步骤s2中，参数组合包括胞元类型、胞元数量、几何参数和蝇复眼夹层结构采用的材料。
12、在上述方案的基础上，优选的，步骤s3包括：
13、s31确定噪声分析环境参数，包括温度循环载荷和机械振动载荷；
14、s32确定优化目标为声压级小于10db；
15、s33施加温度循环载荷和机械振动载荷，对初始模型进行仿真模拟，并计算声场的响应，模拟结束后获得仿真结果，包括声压级和声场分布；
16、s34根据仿真结果评估初始模型在噪声环境下的性能：
17、若声压级未小于10db，则调节参数组合中的各个参数，得到新的初始模型并转至步骤s33重新进行仿真模拟；
18、若声压级小于10db，则将当前参数组合作为最终的参数组合，根据最终的参数组合得到最终的三维模型。
19、在上述方案的基础上，优选的，步骤s33包括：
20、施加温度循环载荷和机械振动载荷以模拟实际工况下的声场响应；
21、设置声固耦合边界，包括声学介质域和固体结构域的边界条件；
22、根据helmholtz方程对声学介质域进行有限元离散化，并建立声场求解的数值方程，通过求解数值方程，得到声场的分布；
23、根据声压计算公式计算固体结构域中任一点的声压，并根据声压计算声压级。
24、在上述方案的基础上，优选的，理想介质中平面声波的helmholtz方程为：
25、
26、式中，p为声压；为拉普拉斯算子，表示二阶偏导数的和；k为波数，与声波频率f和声速c之间的关系为k＝2πf/c；
27、声压计算公式为：
28、
29、式中，∫γ指的是对整个固体结构域进行积分；s为声固耦合边界的位移响应；i为虚数单位；ω为激励频率；g为声固耦合边界的压力响应；h为固体结构域的压力响应；y为固体结构域的声固耦合边界矩阵；h为固体结构域的压力响应矩阵；g为声固耦合边界的压力响应矩阵；a为声固耦合边界的传递矩阵；f(ω)为激励频率ω处的激励函数；n为单位外法向量；
30、声压级的计算公式为：
31、spl＝20*log(10(p/pref))
32、式中，spl为声压级；p为声压；pref为参考声压。
33、在上述方案的基础上，优选的，步骤s6中，激光沉积策略具体包括：
34、增材制造的过程在氩气环境下进行；
35、激光功率为1200w、扫描速度为1m/s、搭接率为50％、送粉率为3g/min；
36、采用超声同轴送粉方式，在增材制造过程中，混粉比例从8:2过渡到2:8以实现材料梯度分布；
37、其中，混粉比例为宏观阵列的材料粉末与微观阵列的材料粉末的比例。
38、在上述方案的基础上，优选的，步骤s7中，第一激光加工方式包括：
39、采用波长为1030nm、重复率为19.12mhz、脉冲宽度为800fs的飞秒脉冲激光，扫描速度为1m/s，光斑重叠率为75％；
40、第二激光加工方式包括：
41、采用超短脉冲飞秒激光诱导等离子体微冲击的方式，超短脉冲飞秒激光的脉宽为220fs、单脉冲能量为100μj、偏振态为水平偏振。
42、在上述方案的基础上，优选的，宏观阵列为亚毫米级结构，微观阵列为微米级结构。
43、在上述方案的基础上，优选的，在最终的三维模型中，宏观阵列采用in 718材料，微观阵列采用alsi10mg材料。
44、在上述方案的基础上，优选的，温度循环载荷为设定温度为10℃-40℃循环，机械振动载荷为施加随机振动谐波激励，其中，激励频率为100hz、幅值加速度为300mm/s2、幅值速度为9mm/s。
45、本发明的方法相对于现有技术具有以下有益效果：
46、(1)本发明通过对蝇复眼的结构特征进行分析，得到蝇复眼夹层结构的元胞特征，实现高效的仿生结构设计，使得制造的声学超结构具有优异的性能，并通过增材和减材制造，实现对声学超结构的精确制造，确保其几何形状和尺寸的精度；
47、(2)本发明利用噪声仿真技术，对初始模型进行噪声分析，使得声学超结构在特定噪声环境下具有更好的性能，提高其噪声控制能力；
48、(3)本发明针对设计的仿生超结构，提出选择性等离子体微冲击—超快激光刻蚀复合增减材制造方法，可以根据材料及结构定制化制造，突破了传统增材制造精度低，无法制造高精密结构的桎梏。
1.一种仿生各向异性声学超结构制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种仿生各向异性声学超结构制造方法，其特征在于，步骤s2中，参数组合包括胞元类型、胞元数量、几何参数和蝇复眼夹层结构采用的材料。
3.如权利要求1所述的一种仿生各向异性声学超结构制造方法，其特征在于，步骤s3包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的一种仿生各向异性声学超结构制造方法，其特征在于，步骤s33包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的一种仿生各向异性声学超结构制造方法，其特征在于，理想介质中平面声波的helmholtz方程为：
6.如权利要求1所述的一种仿生各向异性声学超结构制造方法，其特征在于，步骤s6中，激光沉积策略具体包括：
7.如权利要求1所述的一种仿生各向异性声学超结构制造方法，其特征在于，步骤s7中，第一激光加工方式包括：
8.如权利要求1所述的一种仿生各向异性声学超结构制造方法，其特征在于，宏观阵列为亚毫米级结构，微观阵列为微米级结构。
9.如权利要求1所述的一种仿生各向异性声学超结构制造方法，其特征在于，在最终的三维模型中，宏观阵列采用in 718材料，微观阵列采用alsi10mg材料。
10.如权利要求3所述的一种仿生各向异性声学超结构制造方法，其特征在于，温度循环载荷为设定温度为10℃-40℃循环，机械振动载荷为施加随机振动谐波激励，其中，激励频率为100hz、幅值加速度为300mm/s2、幅值速度为9mm/s。
