基于Virtual.LabAcoustics的倒L型聲屏障降噪效果仿真分析-機(jī)械設(shè)計(jì)制造碩士論文開(kāi)題報(bào)告

1、.碩士研究生學(xué)位論文選題報(bào)告論文題目基于Virtual.Lab Acoustics的倒L型聲屏障降噪效果仿真分析研究生姓名王珂學(xué)號(hào)2015112019導(dǎo)師姓名石煥文學(xué)科、專業(yè)力學(xué)研究方向?qū)W院名稱理學(xué)院選題報(bào)告時(shí)間2017年 3 月 15 日填表說(shuō)明1.選題報(bào)告是學(xué)位論文工作的重要組成部分，是中期考核篩選的重要內(nèi)容。2.選題報(bào)告不通過(guò)者不得進(jìn)入論文工作階段。3.雙面打印或用黑色水筆雙面填寫(xiě)，要求字跡清晰，文句通順。4.如有欄目填寫(xiě)不下可加附頁(yè).;1. 研究背景及意義截止2013年，我國(guó)投入運(yùn)營(yíng)的高速鐵路里程達(dá)到9356公里，居世界第一位。高速鐵路的建設(shè)極大緩和了各個(gè)地區(qū)資源分布不均的狀況，滿足了

2、人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的出行要求，推動(dòng)了沿線經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。然而，高速鐵路的快速發(fā)展也帶來(lái)很多嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。在我國(guó)第一次200km/h以上高速鐵路論證會(huì)上，噪聲污染被認(rèn)為是高鐵對(duì)社會(huì)產(chǎn)生的最大的環(huán)境污染因素1。一項(xiàng)對(duì)我國(guó)47個(gè)大中城市市區(qū)噪聲的調(diào)查顯示2，白天城市區(qū)域的平均聲級(jí)為59dB(A)，夜間為49dB(A)，而鐵路干線兩側(cè)噪聲絕大部分超過(guò)70dB(A)，平均聲級(jí)達(dá)76dB(A),當(dāng)有列車經(jīng)過(guò)時(shí)噪聲更是達(dá)到了80dB(A)以上，這已經(jīng)嚴(yán)重影響到了居民正常的生活和工作。 世界衛(wèi)生組織研究表明，噪聲會(huì)不同程度地影響人的精神狀態(tài)和身體健康，噪聲除了會(huì)引起聽(tīng)覺(jué)疲勞、使人聽(tīng)力損傷甚至造成噪聲性耳聾外，還會(huì)

3、對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)以及視力等產(chǎn)生一定的影響，降低人們的生活質(zhì)量和工作效率；此外，特別強(qiáng)烈的噪聲還會(huì)對(duì)附近儀器設(shè)備和建筑物造成一定破壞。為了控制和緩解交通噪聲的影響，中華人民共和國(guó)城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)3中明確規(guī)定了城市五類區(qū)域的環(huán)境噪聲限值對(duì)噪聲的控制方法一般可以從三部分來(lái)考慮：聲源控制、傳播途徑控制以及受聲點(diǎn)的防護(hù)；由于鐵路噪聲影響范圍較廣，影響對(duì)象也具有一定的離散性和流動(dòng)性，對(duì)受影響的人群進(jìn)行個(gè)人防護(hù)不僅成本較高，且影響正常生活，不切實(shí)際。因此，目前應(yīng)用以及研究的噪聲控制方法主要集中在聲源的控制和傳播途徑控制。聲屏障屬于噪聲控制中的傳播途徑控制，聲屏障是噪聲控制中最經(jīng)濟(jì)也是性價(jià)比最高

4、的方法。其優(yōu)越性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (1)造價(jià)低，降噪效果明顯 對(duì)于降低聲源的噪聲輻射，與制造業(yè)的水平有關(guān)，而且每降低1dB(A)耗資巨大。面對(duì)目前迫切亟需的噪聲問(wèn)題，無(wú)論從經(jīng)濟(jì)性還是從降噪效果上，聲屏障都成為了不二之選。聲屏障主要通過(guò)吸聲材料對(duì)聲波進(jìn)行吸收、反射等一系列物理反應(yīng)來(lái)降低到達(dá)受聲點(diǎn)的聲能量，平均可降低1015dB(A)，且造價(jià)相對(duì)較為低廉。(2)安裝拆卸簡(jiǎn)便，占地較少 對(duì)于規(guī)劃已經(jīng)無(wú)法更改的老城區(qū)，住宅區(qū)的建筑也已成形，建專門(mén)屏障構(gòu)造物來(lái)減少交通噪聲，能對(duì)周圍的環(huán)境起到明顯的防護(hù)作用。由于聲屏障的構(gòu)造特點(diǎn)和幾何形狀，在降噪的同時(shí)，能夠有效的節(jié)約土地，且具有安裝拆卸方便等優(yōu)點(diǎn)。

5、(3)結(jié)構(gòu)形式多樣 隨著高速鐵路的快速發(fā)展，鐵路噪聲的干擾越來(lái)越大，為了有效降低噪聲的影響，聲屏障也演變出多種結(jié)構(gòu)形式，如倒L型、Y型、半圓形及全封閉型等，能夠滿足不同程度的降噪需求，并從單一的治理效果逐步走向與景觀協(xié)調(diào)一致的發(fā)展趨勢(shì)。2. 國(guó)內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀國(guó)外研究概況： (1)聲屏障理論研究 L.Godinho4,5等用邊界元法（BEM）評(píng)估了高層建筑附近無(wú)限長(zhǎng)剛性聲屏障對(duì)三維聲源的散射情況，通過(guò)傅里葉變換得到時(shí)間信號(hào)，分析了不同大小聲屏障對(duì)建筑物附近聲壓降低效果，并與簡(jiǎn)化算法得到的結(jié)果進(jìn)行比較。 Ishizuka6等對(duì)具有不同形狀和表面狀態(tài)的聲屏障隔聲性能進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，吸聲材料

6、和柔性邊緣能夠顯著提高聲屏障的性能。 (2)聲屏障降噪效果的研究 P.A.morgan7等研究了軌道邊各種鐵路隔音聲屏障的降噪性能。結(jié)果表明：對(duì)于任何特定的形狀，吸聲性聲屏障，提供比剛性聲屏障更好的降噪效果。W.Shao8等研究了不規(guī)則邊緣聲屏障的聲學(xué)特性，對(duì)直邊屏障和不規(guī)則邊緣屏障的聲學(xué)特性進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，隨機(jī)邊緣屏障可以產(chǎn)生比直邊聲屏障顯著多的插入損耗。 (3)聲屏障數(shù)值仿真模擬的研究 S.J.Martin9等使用二維邊界元方法的波動(dòng)方程和積分方程建模，第一個(gè)模型使用了連續(xù)的線聲源，第二個(gè)模型使用了不連續(xù)的線聲源，研究表明第一個(gè)模型與英國(guó)交通噪聲預(yù)測(cè)得到的結(jié)果有較好的一致性，第二個(gè)模

7、型預(yù)測(cè)的聲屏障插入損失明顯比第一個(gè)模型更高。 J.Forssen10等使用風(fēng)和溫度湍流強(qiáng)度來(lái)預(yù)測(cè)厚聲屏障的插入損失，測(cè)量和預(yù)測(cè)之間的比較表明，該方法在中、高頻段提供了相當(dāng)準(zhǔn)確的結(jié)果。國(guó)內(nèi)研究概況： (1)聲屏障理論研究 2009年中南大學(xué)李文、吳小萍等11,12在探討聲屏障應(yīng)該考慮的環(huán)境影響因素的基礎(chǔ)上，提出把聲屏障環(huán)境影響評(píng)價(jià)納入環(huán)境影響評(píng)價(jià)（EIA）體系中，為解決聲屏障建設(shè)發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題提供參考。 (2)聲屏障降噪效果研究 2013年西南交通大學(xué)周信、肖新標(biāo)13等基于邊界元理論，利用高速列車車外聲源現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)識(shí)別結(jié)果，建立考慮車體和軌道結(jié)構(gòu)的高速鐵路聲屏障降噪效果預(yù)測(cè)模型，利用其計(jì)算無(wú)

8、聲屏障情況下車外聲場(chǎng)特性和通用聲屏障插入損失，并與試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)，結(jié)果表明理論模型的預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果較吻合。(3)聲屏障數(shù)值仿真模擬的研究 2013年重慶交通大學(xué)陳永光、袁啟慧14等通過(guò)對(duì)重慶某道路的交通噪聲實(shí)地測(cè)量，結(jié)合聲屏障的設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)出適合該區(qū)域的三種不同頂部結(jié)構(gòu)的聲屏障，并通過(guò)聲學(xué)軟Virtual.Lab Acoustic對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行仿真研究。 通過(guò)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，我們可以看到，針對(duì)某一具體頂部結(jié)構(gòu)，如倒L型聲屏障的降噪效果仿真分析的研究較少，并且，在這里進(jìn)一步對(duì)倒L型聲屏障的折角進(jìn)行研究探討。3. 本文的研究方法和內(nèi)容主要研究?jī)?nèi)容： (1)提出研究方向 在大量閱讀國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基

9、礎(chǔ)上，總結(jié)目前國(guó)內(nèi)噪聲污染的現(xiàn)狀，從現(xiàn)有的控制方法中選取最為經(jīng)濟(jì)有效的降噪措施作為研究對(duì)象，通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究中的不足，提出本文的研究方向。 (2)基本理論概述 對(duì)聲屏障降噪的基本概念及原理進(jìn)行闡述，并推導(dǎo)聲屏障降噪效果評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)公式。介紹Virtual.Lab Acoustics仿真理論及計(jì)算公式，并對(duì)數(shù)值仿真方法的有效性和準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗(yàn)。 (3)路基聲屏障模型和倒L型聲屏障模型的建立 由于Vritual.Lab Acoustics的前處理功能的不足，本文選擇ANSYS作為前處理軟件構(gòu)建路基聲屏障和倒L型聲屏障的模型。并提出相關(guān)的合理的假設(shè)對(duì)模型進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化。 (4)基于Virt

10、ual.Lab Acoustics的倒L型聲屏障降噪效果仿真分析 Virtual.Lab Acoustics軟件是專門(mén)從事噪聲分析方面的CAE軟件，它在CATIA V5平臺(tái)上集成了原來(lái)SYSNOISE功能。它在用于求解外聲場(chǎng)問(wèn)題時(shí)有著巨大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還具備強(qiáng)大的結(jié)果處理功能，便于對(duì)仿真結(jié)果作進(jìn)一步的分析。 主要研究方法： (1)數(shù)值仿真模擬 在聲屏障降噪效果的研究中，常規(guī)的試驗(yàn)研究或是縮尺模型研究都受到了試驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)條件以及試驗(yàn)成本的制約，需要耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，并且試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性也同樣會(huì)受到儀器以及環(huán)境因素的干擾照成一定誤差。數(shù)值仿真模擬這一研究方法能夠排除多余因素的干擾，突出研

11、究的主要矛盾，在確保結(jié)果準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，能夠?yàn)檠芯抗?jié)省大量的人力物力。 (2)結(jié)構(gòu)一流體耦合分析 為了盡可能的還原實(shí)際噪聲發(fā)生環(huán)境，采用結(jié)構(gòu)-流體耦合分析的方法，以提高仿真模擬的準(zhǔn)確性。 4. 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)及可行性分析創(chuàng)新點(diǎn)：(1)倒L型聲屏障的建模以及其降噪效果的仿真分析(2)對(duì)倒L型聲屏障的折角進(jìn)行研究可行性分析： 根據(jù)聲屏障降噪的基本原理，大量論文通過(guò)聲學(xué)軟件對(duì)聲屏障的結(jié)構(gòu)形式以及降噪效果進(jìn)行了仿真分析。例如中南大學(xué)的廖晨彥運(yùn)用ANSYS建模和SYSNOISE分析，分別對(duì)三種不同結(jié)構(gòu)的聲屏障的降噪效果仿真分析。本論文擬采用ANSYS進(jìn)行前期建模，采用Virtual.Lab Acoustic

12、s進(jìn)行聲學(xué)處理以及計(jì)算，并且做后期的數(shù)值分析。 5.參考文獻(xiàn)1 朱學(xué)軍,楊賢智.高速鐵路噪聲污染及其防治J.上海環(huán)境科學(xué),1997,(12):43-45. 2彭小云.鐵路噪聲對(duì)居住區(qū)干擾的調(diào)查研究J.工業(yè)建筑.2004,34(9):36-39. 3國(guó)家環(huán)境保護(hù)局.中華人民共和國(guó)城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)S.GB3096-93. 4L.Godinho，J.Antonio，A.Tadeu. The Scattering of 3D Sound Sources by Rigid Barriers in the Vicinity of Tall BuildingsJ.Engineering Analysis

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