新型道路声屏障设计及仿真

发布时间：2020-05-13 15:59

【摘要】：随着我国现代化进程的脚步加快,道路交通网络越来越发达,机动车数量呈现出爆发性增长的趋势,交通噪声污染问题日益严重。声屏障以其效果显著、价格低廉等优势成为防治交通噪声污染最适用的手段。然而,在治理噪声污染意识越来越强的今天,实际使用的声屏障大都存在插入损失严重不足的问题,降噪效果有待进一步提高。究其原因,主要在于屏体隔声性能不足,同时顶部绕射声衰减过小。因此,设计一种降噪性能优越且实用的声屏障具有重要意义。本文从隔声、吸声和绕射声三个角度分别对声屏障屏体和顶部结构进行了设计,并利用数值仿真手段对其声学性能进行了验证。同时结合声屏障和声子晶体最新的研究成果,设计了声子晶体顶部结构声屏障,主要工作可归纳如下:(1)从吸声和隔声两个层面对声屏障屏体进行了设计和数值仿真。将屏体上部和下部设计成微穿孔吸声板、吸声尖劈和背部钢板组成的三层吸声结构,中部设计成双层亚克力板组成的隔声结构,并通过数值仿真手段检验了其隔声量完全满足设计要求。该结构兼具良好的吸声和隔声性能,对低、中、高频声波均有较好的阻断效果,有效克服了传统屏体对中低频声波隔声效果不好的弱点。(2)从绕射声的角度对声屏障顶部结构进行了设计和数值仿真。根据伪随机序列扩散体设计理论,设计了最大长度序列(MLS)、素根序列(PRD)和二次余数序列(QRD)顶部结构声屏障,通过数值仿真证明了这三种结构插入损失明显高于同尺寸的T型声屏障。三种扩散体结构简单,几乎无需付出额外成本代价就能有效改善声屏障顶部绕射声衰减不足的问题,为提高声屏障绕射声衰减提供了切实可行的方案,具有极佳的实用性。同时针对QRD序列设计了多组声屏障仿真对比模型,以研究不同结构参数对插入损失的影响,为合理设计QRD序列顶部结构提供指导依据,具有重要的参考价值。(3)设计了新型声子晶体顶部结构声屏障并进行数值仿真。根据Bragg散射声子晶体带隙基本理论,设计了以多重散射为核心,同时兼顾共振吸声和多孔吸声材料等吸声方式的多物理效应散射体阵列顶部结构声屏障,根据仿真结果,声子晶体顶部结构大大增加了声屏障的插入损失。声子晶体声屏障在空间上实现相互连通,可以为解决传统声屏障地理隔离和风景线隔断等弊病提供全新的解决思路,同时该声屏障本就是一道独特的风景线,具备良好的美学观赏性,具有广阔的发展潜力和应用前景。
【图文】：

私人汽车,保有量,变化趋势

交通噪声污染呈现出范围广以及流动性强的特点。居民可支配收入加，使得车辆普及范围更加广泛，各种类型的机动车数量急剧攀升，道现象每天都在上演，进一步加剧了噪声污染的状况。居民生活水平的不进社会环保意识迅速增强，道路沿线附近两侧的居民对噪声污染的反应。噪声污染对生活质量有着非常不良的影响，与群众工作生活息息相关安定和谐非常不利。十三五规划期间，我国交通运输发展驶入快车道，交通网路整体规模和提高，高速公路纵横交错，城市主干道和乡村公路辐射四面八方。截至，我国高速公路总长已达 9.6×104km，位居世界第一。《国家公路网13-2030)》指出，我国高速公路总体建成规模将在 2030 年达到 1.18×105k同时，随着人们生活条件的改善，家用轿车保有量呈现爆发式增长，客步加剧了交通噪声污染现状。我国家用轿车保有量继 2012 年首次突破 12014 年及 2015 年均以较大幅度进一步增长。图 1.1 为我国私人汽车保有势[2]。

声屏障,绿化带,降噪

3. 降噪绿化林带。在现有的降噪技术手段中，绿化带是最环保、最绿色的方式，公路绿化带如下图 1.2(a)。当声音通过绿化带时，会发生反射和散射等物理现象，声能被扩散到更广阔的空间，同时植物表皮和枝叶的吸收作用使得音量能够有效降低。研究表明，绿色植被对 500~2000dB 的中高频交通噪声衰减效果良好。由于对交通低频噪声衰减性能较差，而且需要保持一定宽度和高度的规模才能保证降噪效果，绿化带的使用受到了一定程度限制[9]。4. 声屏障降噪。声屏障是指位于声源和受声点之间可以使得声波显著衰减的障碍物。声屏障具有占面积地少、效果显著、价格低廉等优点，是防治交通噪声的高效手段并在实际中得到普遍应用，图 1.2(b)所示为常见的高速公路声屏障。声屏障通过隔声、吸声和散射声波等方式阻碍噪声的传播，从而有效降低受声点处的噪声量，，据测试统计，在安装声屏障的“声影区”范围内的降噪效果可达5~15dB[10]。随着我国交通道路网络的极速扩张及车流量的爆发式增长，交通噪声引发的生活矛盾越来越尖锐，为了切实解决这个难题，声屏障降噪以其明显的优势成为一种绝佳的选择。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U417.9

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