基于硅酸盐多孔材料的吸声声屏障性能仿真与试验

摘要

近几年，在铁路沿线设置声屏障成为解决噪声污染的一种有效且经济的措施，这在铁路降噪领域得到了广泛的认可和应用。由于人们对声环境要求的逐渐提高，导致目前投入使用的高速铁路声屏障面临着降噪效果不理想等诸多问题。
　　本文利用计算机辅助软件针对声屏障的声学性能和力学性能分别展开讨论，主要对一种无机非金属硅酸盐基多孔吸声材料对声屏障的降噪效果进行了研究，并通过实验对仿真结果进行验证，主要工作如下:
　　(1)在ANSYS中建立高速铁路路基声屏障有限元模型，并对模型进行合理的假设和简化;基于边界元理论，通过仿真软件Virtual Lab Acoustics对不同高度，不同厚度，不同结构形式的声屏障的降噪性能进行仿真模拟，根据仿真结果研究了声屏障高度，厚度，结构形式对降噪效果的影响，并讨论了硅酸盐基多孔吸声材料应用于声屏障时对噪声性能的影响规律，研究表明，单独改善声屏障的结构形式对降噪性能的改善并不明显，加入多孔吸声材料能更好的改善声屏障的降噪性能。
　　(2)利用ANSYS建立的声屏障Solid有限元模型，针对路基声屏障的特点，选用C40混凝土材料作为声屏障单元板材料，分析风荷载对声屏障结构稳定性的影响。针对铁路路基声屏障结构，分别讨论了立柱埋深，声屏障单元板厚度，吸声材料厚度对声屏障顶部位移，应力和剪应力的影响，研究结果表明，声屏障立柱埋深增加时，声屏障顶部位移量减小，应力和剪应力也减小;单元板，吸声材料厚度增加时，顶部位移量也相应的减小。
　　(3)介绍了硅酸盐基多孔吸声材料的制备工艺与流程，分析了多孔吸声材料的吸声系数随频率变化的变化规律，结果表明，硅酸盐基吸声屏障的降噪性能的仿真结果与实验数据吻合度较高。
　　本文结合高速铁路噪声的特点，利用仿真软件建立了铁路声屏障三维模型，并综合考虑了车体，地面对声波的反射作用，分析了三维空间内的噪声声压级分布，提高了声屏障声学特性仿真的准确性和合理性，为铁路声屏障的声学性能的设计提供了数据支持。同时在有限元软件中对声屏障结构力学性能进行了仿真分析，为铁路声屏障力学性能设计提供了可靠依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 高速铁路噪声的来源与防治途径

1．2．1 噪声的来源

1．2．2 噪声的防治途径

1．3 声屏障的种类

1．3．1 声屏障传统结构形式

1．3．2 声屏障的分类

1．4 声屏障的降噪功能

1．4．1 声屏障对噪声的透射

1．4．2 声屏障对噪声的反射

1．4．3 声屏障对声波的绕射

1．5 声屏障研究现状

1．5．1 国内外研究现状

1．5．2 本论文的选题意义和研究内容

第二章 声屏障的声学性能仿真

2．1 Virtual Lab Acoustic的仿真理论介绍

2．1．1 Virtual Lab Acoustic软件及其特点

2．1．2 Virtual Lab Acoustics仿真原理

2．1．3 Virtual Lab Acoustic与ANSYS结合建模分析

2．2 声屏障计算机模拟仿真条件设定

2．2．1 材料属性及声源条件设置

2．2．2 声屏障布置及环境设置

2．3 计算机仿真模拟声屏障降噪效果及分析

2．3．1 隔声型声屏障的降噪性能仿真

2．3．2 不同高度声屏障的降噪性能仿真

2．3．3 吸声型声屏障降噪性能仿真

2．3．4 不同厚度的多子L吸声材料的降噪效果仿真

2．3．5 吸声材料对不同顶端形式声屏障的降噪影响仿真分析

2．4 本章小结

第三章 硅酸盐基吸声声屏障的力学性能仿真

3．1 声屏障的设计

3．1．1 声屏障位置的确定

3．1．2 声屏障几何尺寸的确定

3．1．3 声屏障结构材料选择依据

3．2 声屏障结构建模

3．2．1 ANSYS功能简介

3．2．2 声屏障结构建模

3．2．3 声屏障结构主要所受荷载

3．2 声屏障力学性能仿真分析

3．2．1 立柱埋深对声屏障刚度的影响

3．2．2 声屏障厚度对结构性能的影响

3．2．3 吸声材料厚度对声屏障结构的影响

3．3 本章小结

第四章 硅酸盐基声屏障性能的试验验证

4．1 声屏障单元板的制备工艺

4．1．1 多孔吸声材料实验原材料

4．1．2 硅酸盐多孔材料制备工艺与流程

4．1．3 吸声性能对比分析

4．2 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文