考虑声源非相干性的城市轨道交通全封闭声屏障降噪预测

以某轨道交通全封闭声屏障为研究对象,考虑简化线声源的非相干性,建立2.5维边界元衍射声场模型;通过现场沿线环境噪声测试,验证了该模型的准确性,并与相干源衍射声场预测结果比较;最后预测了在近场高层建筑附近,全封闭声屏障对近轨或远轨车辆噪声的降噪效果。研究结果表明,非相干线声源更符合城市轨道交通噪声源特性;对于轮轨噪声（315～1 000 Hz）,全封闭声屏障在高层住宅建筑区域有显著的降噪效果,1/3倍频程插入损失最大为30.0 dB。对于低频噪声（50～250 Hz）,全封闭声屏障会加重高层住宅建筑区域的声压级,使插入损失出现负值。针对高层建筑附近场点,全封闭声屏障的顶端拱形透光板对远轨车辆噪声有更为显著的附加降噪效果,大部分场点附加插入损失均高于5.0 dB。     

一维声子晶体的振动特性研究

利用平面波展开法计算了6种不同材料组分的一维杆状结构声子晶体振动带隙,分别讨论了晶格的尺寸大小、两种复合材料的组分比以及材料的密度等对声子晶体振动带隙频宽的影响.结果表明:在晶体的晶格尺寸大小、两种复合材料(金属和非金属)的组分比不变的情况下,振动的第一带隙的初始频率随着金属密度的增大而减小,截止频率基本不变;当所选材料的组分比不变时,随着晶格尺寸的增大,一维二组元复合声子晶体的振动带隙的初始频率及截止频率减小,同时带隙的频宽也随之减小;而当材料组分比小于1时即所选金属材料的份数小于非金属时,随着金属材料量的增大,振动带隙的初始频率及截止频率减小,从而带隙的频宽也减小;而当材料组分比大于1时即金属材料的份数大于非金属时,振动带隙的初始频率增大,截止频率减小,以及带隙的频宽也随之减小.     

生态声屏障设计与效果分析

设计了一种将吸声降噪、景观绿化2种功能有机结合的生态声屏障,利用RAYNOISE声学软件对生态声屏障、普通直立型声屏障的降噪效果进行数字模拟比较,对生态声屏障的降噪插入损失进行了实验测量.声学软件RAYNOISE的仿真模拟结果表明:生态声屏障有较好的降噪效果,在声影区内高度4 m以下的生态声屏障比直立声屏障插入损失大0～4.63 dB,在高于4 m后生态声屏障的插入损失虽然大于直立型但不大于1 dB.实验结果表明:频率为63～500 Hz时,生态声屏障的插入损失为0～28 dB,并且随着频率的增加逐渐增大;当频率大于500 Hz时,插入损失不再增大,维持在20 dB左右.     

一维三组元杆状结构声子晶体带隙研究

采用集中质量法对一维三组元杆状结构声子晶体带隙特征进行计算,将其与一维二组元杆状结构声子晶体进行比较。研究表明,一维三组元结构声子晶体能有效拓宽带隙频率范围且能降低起止频率。在一维二组元(铝/塑料)声子晶体组份材料铝和塑料之间插入丁腈橡胶前后,保证2个模型的晶格常数a=0.3m、自由度总数300相同。当组份比t为1时,三组元(铝/丁腈橡胶/塑料)声子晶体可以降低第1带隙的起始频率463.7Hz、截止频率2 108.1Hz。当三组元声子晶体晶格常数a由0.03m增大到0.42m时,该声子晶体第1带隙起始频率由18 943Hz下降到1 353.1Hz,截止频率由37 799Hz下降到2 699.9Hz。如果取三组元声子晶体的晶格常数为0.3m,固定其中铝的长度为0.15m,将丁腈橡胶和塑料的长度之和固定为0.15m,调节丁腈橡胶的长度由0m增大到0.15m时,该声子晶体第1带隙起始频率由2 359.8Hz下降到1 664.7Hz,截止频率由5 888.0Hz下降到4 065.3Hz。同时该声子晶体第1带隙宽度变化在低频率区存在一个峰值3 043.6Hz。这些变化规律对拓展一维杆状声子晶体的带隙特征具有积极意义。     

城市轨道交通全封闭声屏障近地面降噪性能分析

为研究城市轨道交通全封闭声屏障近地面降噪性能,在全封闭声屏障降噪原理的基础上,以宁波轨道交通1号线高架桥为研究对象,对无全封闭声屏障高架断面及有全封闭声屏障高架断面进行了对比测试及数据分析,对全封闭声屏障的综合降噪效果及分频段降噪效果进行了分析,并得到了全封闭声屏障降噪的特征频率段。研究结果表明,全封闭声屏障具有优良的近地面降噪性能,距轨道中心线水平距离7.5 m,22 m及55 m处近地面测点的等效连续A声级插入损失都在7 d B以上,最高达13 d B;1/3倍频程线性计权频谱图表明,全封闭声屏障近地面降噪的特征频率段为50~80 Hz,315~1 000 Hz以及2 500~3 150 Hz,其中,315~1 000 Hz频率范围内的降噪百分比最大。     

公路声屏障降噪性能数值模拟及结构优化

为提高公路声屏障的降噪性能,从声波绕射和反射两个角度考虑,通过声学有限元法(finite element method,FEM)分别探究声屏障顶端类型和表面扩散体间距、宽度以及高度对声屏障插入损失的影响,基于以上分析,提出一种适用于治理公路交通噪声的复合结构声屏障。结果表明,改变声屏障顶端和扩散体结构,对低频噪声影响较小;对于中、高频段,90°夹角的Y型声屏障降噪效果较好,在1 250～2 000 Hz频段内其插入损失较其他顶端类型可提升13 dB;当频率在1 000 Hz附近时,增加矩形扩散体的宽度、高度和间距可提高声屏障降噪效果;针对主要集中在800～1 250 Hz的公路交通噪声,设置复合结构声屏障可有效抑制声影区噪声辐射,附加扩散体后的复合声屏障与Y型声屏障相比,其插入损失最大可提高6 dB。     

填充率对一维二元声子晶体杆带隙的影响

对一维二元(金属-金属型、金属-非金属型、非金属-非金属型)3类声子晶体杆,选择相同的晶格常数0.06m,不同的材料和填充率对其带隙进行计算。结果显示:金属-金属型结构的禁带频率较高,带宽较窄;金属-非金属型结构的带隙频率虽高,但比金属-金属型结构的低,且禁带宽度很大,适宜应用于高频振动控制;非金属-非金属型结构的带隙频率非常低,适宜应用于低频振动控制;当只改变散射体的填充率时,对于一维二元金属-金属型声子晶体与金属-非金属型声子晶体,都会出现第1带隙带宽最大而第2带隙带宽最小的情况。总之,填充率变化对3类不同材料组合类型声子晶体的带隙调控作用明显。     

一维层状二组元声子晶体的带隙研究

运用传输矩阵法数值计算了弹性波分别通过不同晶格常数、不同组元厚度比和不同复合周期数的一维层状二组元声子晶体的透射率,确定了带隙的起止频率和宽度。结果显示,晶格常数增大,起止频率和带隙宽度均变小;厚度比增加,起始频率几乎不变,而截止频率和带隙宽度几乎成线性增加;周期数增加,起止频率和带隙宽度均几乎不变。     

填充率对一维二元声子晶体杆带隙的影响

对一维二元(金属-金属型、金属-非金属型、非金属-非金属型)3类声子晶体杆,选择相同的晶格常数0.06m,不同的材料和填充率对其带隙进行计算。结果显示:金属-金属型结构的禁带频率较高,带宽较窄;金属-非金属型结构的带隙频率虽高,但比金属-金属型结构的低,且禁带宽度很大,适宜应用于高频振动控制;非金属-非金属型结构的带隙频率非常低,适宜应用于低频振动控制;当只改变散射体的填充率时,对于一维二元金属-金属型声子晶体与金属-非金属型声子晶体,都会出现第1带隙带宽最大而第2带隙带宽最小的情况。总之,填充率变化对3类不同材料组合类型声子晶体的带隙调控作用明显。
     

温度变化对一维声子晶体带隙的调控分析

设计出基体材料为聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT),散射体材料为钛酸锶钡(BST)的一维声子晶体匀直杆.因为组成该结构的2种材料的弹性模量和泊松比都与温度相关,温度的改变将引起材料物理参数的变化,从而导致晶体中弹性波带隙结构的变化.采用集中质量法,仿真计算该声子晶体中温度分别为30℃和45℃情况下,2种结构的带隙分布情况,寻找相应的变化规律。研究表明:对于一维二组元BST/PBT匀直杆状声子晶体结构,随着结构温度由30℃增大为45℃,该声子晶体的第1带隙及第2带隙的起始频率、截止频率以及带隙的中心频率降低;同时,温度增大能够减小第1带隙的带隙宽度,增大第2带隙的带隙宽度。温度变化为调控声子晶体的带隙特性提供了新的设计思路。另外,基于温度变化还可以通过改变结构晶格常数的取值来获得所需的带隙.     

密度对一维铝/硅橡胶声子晶体低频带隙的调控

选用金属材料铝和非金属材料硅橡胶,设计出一维铝/硅橡胶声子晶体结构.采用固体物理学中的集中质量法,基于MATLAB编程计算该声子晶体的能带结构.通过单一改变结构中材料铝的密度或者单一改变材料硅橡胶的密度,寻找单一材料密度变化对结构第1带隙的影响规律.结果表明：一维铝/硅橡胶声子晶体的第1带隙起始频率较低为30.6994 Hz,第1带隙带宽为45.479 Hz;当增大结构中两种组合材料的密度差值,可调节结构获得相对的低频、宽带带隙.研究结论可应用于低频率振动控制器件的设计.     

二维固-固Suzuki晶格声子晶体薄板弯曲振动特性的研究

利用有限元法计算了二维Suzuki晶格声子晶体薄板弯曲振动的带隙结构及传输特性,讨论了填充率、板厚对Suzuki晶格声子晶体板带隙的影响.计算结果表明:Suzuki晶格声子晶体薄板存在振动带隙,即在散射体密度较大时,5000Hz以下存在一个完全带隙、多个方向带隙;Suzuki晶格声子晶体板带隙宽度随着板厚的增大而加宽,随着填充率的增大带隙宽度先增大后减小.     

分析材料参数对二维固/固声子晶体能带结构的影响

应用平面波展开法(PWE)分析了材料参数对二维固/固声子晶体能带结构的影响,发现散射体的剪切模量和密度是影响声子晶体能带结构的主要因素,杨氏模量对声子晶体能带结构的影响极小.当散射体的剪切模量小于基体时,声子晶体出现了多条带隙;反之声子晶体的带隙在填充率较大时出现,且与基体的剪切模量差值越大,声子晶体的带隙越宽.当散射体的密度小于基体时,只有在填充率较大时出现带隙且极窄;反之,声子晶体出现了多条带隙.继而采用钨、铍、碳、硅四种材料设计二维声子晶体,计算结果与上述推论颇为吻合,这为设计声子晶体在选材方面提供了理论依据.     

声子晶体材料与有源控制相结合的宽频噪声抑制方法

电力变压器噪声除了本体噪声产生的低频分量,还包含冷却风扇产生的中高频噪声。有源降噪方法对低频噪声控制性能好,且灵活可控,但降噪效果受制于通道数量。在不增加通道数量的前提下,为了拓宽降噪频率范围,提出声子晶体材料与有源控制相结合的降噪方法。以DSP为核心控制器搭建了基于LMS算法的双通道有源降噪系统,在此基础上开展了嵌入声子晶体材料的有源降噪系统降噪性能验证实验研究。实验结果表明,针对变压器100～400 Hz的低频噪声,双通道有源降噪系统单频最大降噪量约20 dB,多频总降噪量可达9 dB。设计了对500～1 000 Hz中高频噪声抑制作用明显的声子晶体材料,对600 Hz单频降噪量约14 dB。嵌入声子晶体材料的双通道有源降噪系统,最大总降噪量可达16 dB,优于单纯的有源降噪。可见,声子晶体材料与有源控制相结合,拓宽降噪频率范围、提高降噪性能的方法是可行性的。     

梁板型声子晶体带隙特性及列车减振性能研究

基于局域共振型声子晶体的物理特性,在车体夹层板的基础上设计出由基体板、橡胶和散射体组合而成的贴附型/填充型梁板声子晶体。通过数值仿真方法从带隙特性、振动传递特性以及模态振型等方面阐述减振机理,进一步探究结构/材料参数对带隙特性的影响。研究结果表明：贴附型局域共振声子晶体由于上下面板与橡胶及铅块共振单元的耦合共振,可产生中低频弯曲带隙(77～172 Hz);填充型局域共振声子晶体内橡胶层包裹的铅柱共振单元以不同相位实现面内振动的动态平衡,可产生中低频面内带隙(117～172 Hz);有限阵列结构对实车关键部位的振动具备较为理想的衰减作用。调整声子晶体结构参数可使其带隙中心频率与目标减振频率范围一致,有助于实现车体多部位减振优化,进而验证其在车体中低频减振降噪应用中的可行性。     

基于1维石灰岩/硅橡胶声子晶体的振动控制研究

采用集中质量法计算了1维石灰岩/硅橡胶杆状声子晶体的带隙情况,系统分析了该声子晶体模型的结构参数和材料参数对带隙的调控规律.研究表明:结构的晶格常数增大时,带隙频率趋向低频率区域,带隙宽度变窄;增大两种材料的密度差值,或者增大两种材料的弹性模量差值,能够获得低频、宽带带隙;调节硅橡胶的厚度或组份比t也可以获得低频、宽带带隙,当t=0.426时,第1,第2带隙的起止频率下降到中、低频率1kHz以内;材料的泊松比变化对带隙影响可以忽略.总体而言,1维2组元石灰岩/硅橡胶杆状声子晶体具有中、低频率段的禁带特征,通过调节其相关参数可以实现不同的振动控制要求,对利用该声子晶体制备中、低频率段的弹性波/声波滤波振动控制器件具有一定的理论意义.     

输送廊道悬浮声屏障插入损失计算模型

为准确评估输送廊道各类悬浮声屏障插入损失,并提高其计算效率,通过声衍射基础公式,考虑实际廊道输送带下方衍射现象,推导出基于线声源的有限长及无限长悬浮声屏障插入损失简化计算公式,进而提出一种考虑下衍射的输送廊道声屏障插入损失计算模型,研究了输送廊道声屏障各类型的选择与居民区所处位置之间的关系。结果表明：下挑檐和上下挑檐声屏障较单侧声屏障和上挑檐声屏障降噪效果高3-5dB。上下挑檐声屏障较下挑檐声屏障降噪效果高约1dB,声屏障高度增加(6m以内)下挑檐插入损失增长速率更快;随着声屏障距地高度增加,近场(50m)插入损失下降速率更快需要搭配其他的降噪措施,远场插入损失下降范围0.5dB内。其研究成果应用于某发电厂厂区外输送廊道噪声控制,采用下挑檐声屏障,理论计算与实际测试误差为2dB以内,达到预期效果。可见对输送廊道噪声的声屏障治理提供科学依据,具有较大的应用价值。     

闭孔泡沫铝声屏障的降噪效果研究

用闭孔泡沫铝板作为高速公路声屏障材料,以沈阳市东西快速干道珠林桥附近安装的几段声屏障为例,对高速公路安装声屏障前后噪声的声压级进行了实地测量,计算得出声屏障的插入损失,以此考察闭孔泡沫铝板声屏障的降噪效果.通过对闭孔泡沫铝声屏障和普通百叶声屏障降噪效果的对比分析,发现闭孔泡沫铝声屏障整体降噪效果优于普通百叶声屏障,在高...     

一维铝/铅匀直杆状声子晶体带隙特性分析

通过单一改变组分材料铝或者铅的密度,以及单一改变晶格常数的取值来调节一维铝/铅匀直杆状声子晶体的带隙分布情况.结果表明:该声子晶体中,当单一增大每种材料的密度时,散射体与基体材料的密度差值增大,其入射波散射就更为强烈,也就越容易产生低频带隙;当单一增大声子晶体的晶格常数,即增加复合结构的长度时,入射波散射得就越多,透射波就越来越少,该声子晶体带隙便呈现出向低频率区域靠近的特性.     

方柱复式氮化硼结构固／气型声子晶体的带隙研究

将复式氮化硼（BN）结构引入固／气型声子晶体中,基元中有两个边长不同的正方柱体,用平面波法研究了其带隙结构,三角格子和石墨结构作为BN结构的特殊情况被包含在其中。研究发现,通过改变两正方柱体的填充率、截面边长比及绕其中心轴的旋转角度,就可调节整个声子晶体的带隙结构和范围,从而实现有选择性的滤波。与简单三角格子相比,普通复式BN结构及石墨结构更容易在小体积及低填充率条件下获得低频宽带隙。