基于Virtual.LabAcoustics的倒L型声屏障降噪效果仿真分析-机械设计制造硕士论文开题报告

硕士研究生学位论文选题报告论文题目基于Virtual.Lab Acoustics的倒L型声屏障降噪效果仿真分析研究生姓名王珂学号2015112019导师姓名石焕文学科、专业力学研究方向学院名称理学院选题报告时间2017年 3 月 15 日填表说明1.选题报告是学位论文工作的重要组成部分，是中期考核筛选的重要内容。2.选题报告不通过者不得进入论文工作阶段。3.双面打印或用黑色水笔双面填写，要求字迹清晰，文句通顺。4.如有栏目填写不下可加附页1. 研究背景及意义截止2013年，我国投入运营的高速铁路里程达到9356公里，居世界第一位。高速铁路的建设极大缓和了各个地区资源分布不均的状况，满足了人们日益增长的出行要求，推动了沿线经济的快速发展。然而，高速铁路的快速发展也带来很多严重的环境问题。在我国第一次200km/h以上高速铁路论证会上，噪声污染被认为是高铁对社会产生的最大的环境污染因素1。一项对我国47个大中城市市区噪声的调查显示2，白天城市区域的平均声级为59dB(A)，夜间为49dB(A)，而铁路干线两侧噪声绝大部分超过70dB(A)，平均声级达76dB(A),当有列车经过时噪声更是达到了80dB(A)以上，这已经严重影响到了居民正常的生活和工作。 世界卫生组织研究表明，噪声会不同程度地影响人的精神状态和身体健康，噪声除了会引起听觉疲劳、使人听力损伤甚至造成噪声性耳聋外，还会对人体的神经系统、消化系统以及视力等产生一定的影响，降低人们的生活质量和工作效率；此外，特别强烈的噪声还会对附近仪器设备和建筑物造成一定破坏。为了控制和缓解交通噪声的影响，中华人民共和国城市区域环境噪声标准3中明确规定了城市五类区域的环境噪声限值对噪声的控制方法一般可以从三部分来考虑：声源控制、传播途径控制以及受声点的防护；由于铁路噪声影响范围较广，影响对象也具有一定的离散性和流动性，对受影响的人群进行个人防护不仅成本较高，且影响正常生活，不切实际。因此，目前应用以及研究的噪声控制方法主要集中在声源的控制和传播途径控制。声屏障属于噪声控制中的传播途径控制，声屏障是噪声控制中最经济也是性价比最高的方法。其优越性体现在以下几个方面： (1)造价低，降噪效果明显 对于降低声源的噪声辐射，与制造业的水平有关，而且每降低1dB(A)耗资巨大。面对目前迫切亟需的噪声问题，无论从经济性还是从降噪效果上，声屏障都成为了不二之选。声屏障主要通过吸声材料对声波进行吸收、反射等一系列物理反应来降低到达受声点的声能量，平均可降低1015dB(A)，且造价相对较为低廉。(2)安装拆卸简便，占地较少 对于规划已经无法更改的老城区，住宅区的建筑也已成形，建专门屏障构造物来减少交通噪声，能对周围的环境起到明显的防护作用。由于声屏障的构造特点和几何形状，在降噪的同时，能够有效的节约土地，且具有安装拆卸方便等优点。 (3)结构形式多样 随着高速铁路的快速发展，铁路噪声的干扰越来越大，为了有效降低噪声的影响，声屏障也演变出多种结构形式，如倒L型、Y型、半圆形及全封闭型等，能够满足不同程度的降噪需求，并从单一的治理效果逐步走向与景观协调一致的发展趋势。2. 国内外发展及研究现状国外研究概况： (1)声屏障理论研究 L.Godinho4,5等用边界元法（BEM）评估了高层建筑附近无限长刚性声屏障对三维声源的散射情况，通过傅里叶变换得到时间信号，分析了不同大小声屏障对建筑物附近声压降低效果，并与简化算法得到的结果进行比较。 Ishizuka6等对具有不同形状和表面状态的声屏障隔声性能进行了测试。结果表明，吸声材料和柔性边缘能够显著提高声屏障的性能。 (2)声屏障降噪效果的研究 P.A.morgan7等研究了轨道边各种铁路隔音声屏障的降噪性能。结果表明：对于任何特定的形状，吸声性声屏障，提供比刚性声屏障更好的降噪效果。W.Shao8等研究了不规则边缘声屏障的声学特性，对直边屏障和不规则边缘屏障的声学特性进行了比较，结果表明，随机边缘屏障可以产生比直边声屏障显著多的插入损耗。 (3)声屏障数值仿真模拟的研究 S.J.Martin9等使用二维边界元方法的波动方程和积分方程建模，第一个模型使用了连续的线声源，第二个模型使用了不连续的线声源，研究表明第一个模型与英国交通噪声预测得到的结果有较好的一致性，第二个模型预测的声屏障插入损失明显比第一个模型更高。 J.Forssen10等使用风和温度湍流强度来预测厚声屏障的插入损失，测量和预测之间的比较表明，该方法在中、高频段提供了相当准确的结果。国内研究概况： (1)声屏障理论研究 2009年中南大学李文、吴小萍等11,12在探讨声屏障应该考虑的环境影响因素的基础上，提出把声屏障环境影响评价纳入环境影响评价（EIA）体系中，为解决声屏障建设发展过程中出现的问题提供参考。 (2)声屏障降噪效果研究 2013年西南交通大学周信、肖新标13等基于边界元理论，利用高速列车车外声源现场试验识别结果，建立考虑车体和轨道结构的高速铁路声屏障降噪效果预测模型，利用其计算无声屏障情况下车外声场特性和通用声屏障插入损失，并与试验结果比对，结果表明理论模型的预测结果与试验结果较吻合。(3)声屏障数值仿真模拟的研究 2013年重庆交通大学陈永光、袁启慧14等通过对重庆某道路的交通噪声实地测量，结合声屏障的设计规范，设计出适合该区域的三种不同顶部结构的声屏障，并通过声学软Virtual.Lab Acoustic对设计结果进行仿真研究。 通过国内外研究现状，我们可以看到，针对某一具体顶部结构，如倒L型声屏障的降噪效果仿真分析的研究较少，并且，在这里进一步对倒L型声屏障的折角进行研究探讨。3. 本文的研究方法和内容主要研究内容： (1)提出研究方向 在大量阅读国内外文献的基础上，总结目前国内噪声污染的现状，从现有的控制方法中选取最为经济有效的降噪措施作为研究对象，通过分析国内外相关的研究中的不足，提出本文的研究方向。 (2)基本理论概述 对声屏障降噪的基本概念及原理进行阐述，并推导声屏障降噪效果评价指标的相关公式。介绍Virtual.Lab Acoustics仿真理论及计算公式，并对数值仿真方法的有效性和准确性进行检验。 (3)路基声屏障模型和倒L型声屏障模型的建立 由于Vritual.Lab Acoustics的前处理功能的不足，本文选择ANSYS作为前处理软件构建路基声屏障和倒L型声屏障的模型。并提出相关的合理的假设对模型进行必要的简化。 (4)基于Virtual.Lab Acoustics的倒L型声屏障降噪效果仿真分析 Virtual.Lab Acoustics软件是专门从事噪声分析方面的CAE软件，它在CATIA V5平台上集成了原来SYSNOISE功能。它在用于求解外声场问题时有着巨大的优势，同时还具备强大的结果处理功能，便于对仿真结果作进一步的分析。 主要研究方法： (1)数值仿真模拟 在声屏障降噪效果的研究中，常规的试验研究或是缩尺模型研究都受到了试验场地、实验条件以及试验成本的制约，需要耗费大量的人力、物力和财力，并且试验结果的准确性也同样会受到仪器以及环境因素的干扰照成一定误差。数值仿真模拟这一研究方法能够排除多余因素的干扰，突出研究的主要矛盾，在确保结果准确性的基础上，能够为研究节省大量的人力物力。 (2)结构一流体耦合分析 为了尽可能的还原实际噪声发生环境，采用结构-流体耦合分析的方法，以提高仿真模拟的准确性。 4. 主要创新点及可行性分析创新点：(1)倒L型声屏障的建模以及其降噪效果的仿真分析(2)对倒L型声屏障的折角进行研究可行性分析： 根据声屏障降噪的基本原理，大量论文通过声学软件对声屏障的结构形式以及降噪效果进行了仿真分析。例如中南大学的廖晨彦运用ANSYS建模和SYSNOISE分析，分别对三种不同结构的声屏障的降噪效果仿真分析。本论文拟采用ANSYS进行前期建模，采用Virtual.Lab Acoustics进行声学处理以及计算，并且做后期的数值分析。 5.参考文献1 朱学军,杨贤智.高速铁路噪声污染及其防治J.上海环境科学,1997,(12):43-45. 2彭小云.铁路噪声对居住区干扰的调查研究J.工业建筑.2004,34(9):36-39. 3国家环境保护局.中华人民共和国城市区域环境噪声标准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 with Boundary Elements.2002,26:781-787. 5Luis Godinbo，Julieta Antonio，Anonio Tadeu. Sound Porpagation Around Rigid Barriers Laterally Confined by Tall BuildingsJ.Applied Acoustics.2002,63:595-609. 6Ishizuka T，Fujiwara K. Performance of noise barriers with various edge shapes and acoustical conditionsJ. Applied Acoustics,2004,65(2):125-141. 7Morgan P A，Hothersall D C，Chandler-Wilde S N. Influence of shape and absorbing surface-a numberical study of railway noise barriersJ. Jourrnal of Sound and Vibration,1998,217(3):405-417. 8W.Shao，H.P.Lee，S.Rlim. Performance of Noise Barriers with Random Eedge ProfilesJ. Applied Acoustics.2001,62:1157-1170. 9S.J.Martin，D.C.Hothersall. Numberical Median Road Traffic Noise BarriersJ. Journal of Sound and Vibration,2002,251(4):671-681. 10J.Forssen，M.Ogren. Thick Barrier Noise-Reduction in the Presence of Atmospheric Turbulence. Measurernents and Numberical ModelingJ. Applied Acoustics.2002,63:173-187. 11李文,吴小萍.声屏障环境影响及其评价探讨.环境工程J.2009,58(1):34-37. 12李文.高速铁路声屏障声学与景观设计研究D.中南大学,2009,56-65.13周信,肖新标.高速铁路声屏障降噪效果预测及其验证.机械工程学报J.2013.10,23-26. 14陈永光,袁启慧.声屏障声学设计与计算机仿真应用.噪声与振动控制J.2013(8):34-38. 论文进度计划：2016年09月-2016年12月 收集相关材料,结合初步分析,确定选题方向