隔斷聲橋的插板式金屬聲屏障的制作方法
【專利摘要】一種隔斷聲橋的插板式金屬聲屏障，對(duì)現(xiàn)有插板式結(jié)構(gòu)的聲屏障斷橋方式使用聲波傳播阻力不同的開孔橡膠材料作層間墊，同時(shí)，在連接部分使用不同孔徑的穿孔結(jié)構(gòu)，造成聲波傳播道路上的突變界面，不斷阻止聲音能量的傳遞，達(dá)到消聲的目的。而且在聲屏障頂部的聲線繞射線使用斜面，增加加導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)，使噪聲及其伴隨的氣流得到緩釋。
【專利說(shuō)明】隔斷聲橋的插板式金屬聲屏障

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的噪聲治理。

【背景技術(shù)】
[0002]目前高速鐵路的聲屏障，普遍使用H型鋼作立柱，使H型鋼的腹板與鐵路垂直，兩個(gè)翼板與鐵路平行；在兩個(gè)立柱之間插板金屬吸聲箱體；箱體面向鐵路的工作面使用帶孔鋁合金板，背面使用整體鋁合金板，形成與地面垂直的表面承受高速列車行駛風(fēng)的作用力。使用中將行駛風(fēng)的作用力平行反射回列車表面造成混響，增加車內(nèi)外的噪聲，完全失去聲屏障的功能和意義，甚至成為噪聲源。
[0003]高速鐵路兩側(cè)的聲屏障實(shí)際等于沒(méi)有頂蓋的隧道，高速列車進(jìn)、出設(shè)置的聲屏障區(qū)域，以及在聲屏障區(qū)域行駛時(shí)，行駛風(fēng)受到聲屏障的阻擋，如果沒(méi)有措施使高能噪聲伴隨高速列車的行駛風(fēng)緩慢釋放，而是突然改變傳播的幾何路徑，將產(chǎn)生能量集中，引發(fā)摧毀力極大的“聲爆”，導(dǎo)致安全事故。
[0004]在現(xiàn)有公知的技術(shù)中:
[0005](I)治理中、低頻段的噪聲，使用薄板結(jié)構(gòu)振動(dòng)，進(jìn)而消耗能量，直至其自由衰減振動(dòng)結(jié)束，完成聲能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；
[0006](2)治理中、高頻段的噪聲，使用穿有小孔的金屬板結(jié)構(gòu)振動(dòng)，進(jìn)而消耗能量，直至其自由衰減振動(dòng)結(jié)束，完成聲能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，其中，穿孔薄板結(jié)構(gòu)的穿孔率可以改變振動(dòng)的頻率；
[0007](3)治理高頻噪聲，通常使用錯(cuò)亂層疊、具有空隙的纖維材料，或開孔的發(fā)泡鋁等，使聲能激發(fā)空隙和縫隙中空氣的振動(dòng)，進(jìn)而消耗能量；
[0008](4)目前公知的聲屏障基本是單層的，包括透明體結(jié)構(gòu)，但是在受到噪聲能量沖擊后，如果不能實(shí)現(xiàn)能量的衰減梯度，就達(dá)不到消聲的目的；
[0009](5)伴隨噪聲的高速氣流在突然改變傳播的幾何路線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生聲爆，在聲波突然改變的繞射線位置會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)漩渦、產(chǎn)生不規(guī)則的合成振動(dòng)和沖擊，使結(jié)構(gòu)疲勞破損。
[0010]在實(shí)際聲學(xué)設(shè)施和工程設(shè)計(jì)中，目前分析計(jì)算振動(dòng)聲輻射及聲場(chǎng)的方法都是以假設(shè)為基礎(chǔ)，與實(shí)際相悖的是:
[0011]A.根據(jù)有限元法的變分原理要在連續(xù)的整體關(guān)系中劃分出單元，造成無(wú)限自由度，很多截至邊緣多變，計(jì)算必然存在誤差。
[0012]B.在邊界型數(shù)值計(jì)算的邊界元法中，雖然不需要單元?jiǎng)澐郑歉鶕?jù)Dirichiet原理，不能進(jìn)行唯一性處理，還存在超強(qiáng)奇異性，越計(jì)算越麻煩。
[0013]C.從電磁波散射問(wèn)題的計(jì)算推動(dòng)聲波計(jì)算、避開對(duì)核函數(shù)奇異積分，利用波疊加的基本方法，雖然使用虛原布置繞開了奇異性積分，但仍然存在高存儲(chǔ)的弊端，對(duì)于綜合性噪聲的分析與實(shí)際差距較大。
[0014]D.振源分析時(shí)的材料、控制方法、本底噪聲、聲能轉(zhuǎn)換因素、氣流、季節(jié)及溫濕度等，都直接影響工程聲學(xué)的計(jì)算。三維實(shí)體聲屏障模型的邊界單元數(shù)造成求解規(guī)模過(guò)于龐大。
[0015]E.建立聲屏障等聲學(xué)模型只將地面和聲屏障表面都設(shè)為全反射剛性表面，忽略聲屏障消聲結(jié)構(gòu)的能量轉(zhuǎn)化功能，針對(duì)聲屏障影響不同頻率點(diǎn)源聲場(chǎng)的衰減、以及聲波遇到聲屏障時(shí)發(fā)生的衍射現(xiàn)象進(jìn)行降噪分析，忽略低頻聲波的繞射。
[0016]F.在梯度的結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化中，為得到目標(biāo)函數(shù)對(duì)不同設(shè)計(jì)變量的變化率常結(jié)合運(yùn)籌學(xué)，使用靈敏度分析法，以便對(duì)結(jié)構(gòu)的各種參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使噪聲最小。但是，只要聲場(chǎng)狀態(tài)涉及設(shè)計(jì)變量，就又回到高計(jì)算量和高內(nèi)存占有量的老問(wèn)題。
[0017]G.目前理論上三維聲學(xué)的計(jì)算方法基本是在有解析的實(shí)例上進(jìn)行展開分析，多用于學(xué)術(shù)交流。對(duì)自由度超過(guò)4000的聲學(xué)問(wèn)題，計(jì)算時(shí)間超過(guò)上千秒，普通計(jì)算機(jī)平臺(tái)內(nèi)存空間滿足不了計(jì)算要求，數(shù)值結(jié)果要采用矩陣實(shí)驗(yàn)室的MATLAB軟件，或利用有限元后處理的Tecplot軟件處理。對(duì)于聲屏障這樣的聲學(xué)模型需要?jiǎng)澐謳资f(wàn)以致上百萬(wàn)個(gè)自由度。
[0018]H.為了避免模型離散為成千上萬(wàn)個(gè)自由度，目前在使用多極基本解算法時(shí)，前處理限于邊界離散，要布置N個(gè)邊界點(diǎn)(三角形單元)及源強(qiáng)點(diǎn)，再建立分層八叉樹，隨后進(jìn)行上行歷遍，對(duì)源強(qiáng)點(diǎn)的八叉樹使用公式計(jì)算多極展開系數(shù)；再進(jìn)行下行歷遍，計(jì)算局部展開系數(shù)，并對(duì)鄰近晶格內(nèi)的源強(qiáng)點(diǎn)對(duì)配置點(diǎn)Xl的貢獻(xiàn)可直套用公式；最后迭代求解方程。
[0019]1.德國(guó)2003年K-F(科隆至法蘭克福)聲屏障破損的情況反映出:在聲屏障聲學(xué)設(shè)計(jì)理論中，薩塞克斯大學(xué)(英)2002年公示羅貝爾先生(Wrobel L C)理論上適應(yīng)恒定流體的聲學(xué)邊界條件(The Boundary Element Method-Applicat1ns in Thermo-Fluids andAcoustics)與實(shí)際聲學(xué)工況差別顯著。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算和反復(fù)試驗(yàn)證明，聲橋?qū)ο暯Y(jié)構(gòu)的影響極大，切斷聲屏障的聲橋后，可以顯著提高聲學(xué)設(shè)施的消聲效果。所以提出一種隔斷聲橋的插板式金屬聲屏障。
[0021]隔斷聲橋的插板式金屬聲屏障由不同厚度的金屬薄板構(gòu)成連續(xù)圓弧面板、背板，在面板和背板連接面之間使用橡膠層間墊，構(gòu)成插板式聲屏障單元板。
[0022]技術(shù)方案是在各層結(jié)構(gòu)連接的部分開孔，制造聲波傳播路徑上的突變界面，其中:
[0023](I)在連續(xù)圓弧面板頂部作為連接的凸槽部位，以及底部作為連接的凹槽部位，沿其長(zhǎng)度方向作成間隔穿孔，成為聲波傳播路徑的層層突變界面；
[0024](2)在背板的頂部作為連接的凸槽部位，以及底部作為連接的凹槽部位，沿其長(zhǎng)度方向作成間隔穿孔，成為聲波傳播路徑的層層突變界面；
[0025](3)在連續(xù)圓弧面板、背板頂部凸槽和底部凹槽連接部位的接合面之間，使用形狀一致的橡膠層間墊進(jìn)行連接；而橡膠層間墊沿其長(zhǎng)度方向作成間隔穿孔，成為聲波傳播路徑的層層突變界面；
[0026]這樣，聲波在進(jìn)入聲屏障連續(xù)圓弧面板后，沿連續(xù)圓弧面板、背板頂部凸槽和底部凹槽連接部位的接合面之間沿材料內(nèi)部傳播時(shí)，聲橋遭到不斷隔斷:
[0027]①遇到連續(xù)圓弧面板頂部凸槽部位，以及底部凹槽部位，沿其長(zhǎng)度方向遇到各個(gè)間隔穿孔的不斷阻礙，降低能量；
[0028]②然后傳入開孔橡膠層間墊，是在金屬材料中傳播突然變成在橡膠材料中傳播，改變了傳播的介質(zhì)時(shí)驟然減小了傳播阻力，
[0029]③在沿橡膠層間墊長(zhǎng)度方向傳播過(guò)程中，遇到各個(gè)間隔穿孔的不斷阻礙，降低能量;
[0030]④進(jìn)而傳播到背板的頂部作為連接的凸槽部位，以及底部作為連接的凹槽部位時(shí)，沿其長(zhǎng)度方向遇到各個(gè)間隔穿孔的不斷阻礙，降低能量。
[0031]聲波在進(jìn)入聲屏障連續(xù)圓弧面板后，沿聲屏障外形傳播時(shí)，聲橋也遭到不斷隔斷:
[0032]A.遇到連續(xù)圓弧面板每個(gè)圓弧的層層攔截，降低能量；
[0033]B.傳播到連續(xù)圓弧面板頂部的凸槽部位遭到攔截時(shí)，結(jié)構(gòu)的斜面構(gòu)成單元板頂部導(dǎo)流斜面，避免突然改變聲波傳播的幾何路徑，而是進(jìn)行緩釋，
[0034]C.由于在在連續(xù)圓弧面板、背板頂部凸槽和底部凹槽連接部位的接合面之間，使用形狀一致的橡膠層間墊進(jìn)行連接，而在結(jié)構(gòu)上，連續(xù)圓弧面板凸槽斜面的各個(gè)孔位與橡膠層間墊對(duì)應(yīng)的孔位錯(cuò)開、不同心、不同孔徑，對(duì)連續(xù)圓弧面板凸槽斜面的各個(gè)孔位來(lái)說(shuō)，形成有橡膠層間墊阻隔的盲孔，而對(duì)氣流裹挾的聲波來(lái)說(shuō)，形成脫體渦，進(jìn)一步隔斷聲橋。
[0035]如上所述，隔斷聲橋的插板式金屬聲屏障的有益效果就在于:采用不同質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的連續(xù)圓弧面板、背板，以及連續(xù)圓弧面板和背板連接面之間使用與其不同材料的橡膠層間墊；
[0036]而且在頂部凸槽和底部凹槽連接部位的接合面之間、沿其長(zhǎng)度方向作成間隔穿孔，都成為聲波傳播路徑的層層突變界面，形成了隔斷聲橋的結(jié)構(gòu)；
[0037]這種結(jié)構(gòu)在合成時(shí)，由于對(duì)應(yīng)的孔位錯(cuò)開、不同心、不同孔徑，對(duì)連續(xù)圓弧面板凸槽斜面的各個(gè)孔位來(lái)說(shuō)，形成有橡膠層間墊阻隔的盲孔，進(jìn)一步隔斷聲橋。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0038]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0039]圖1是隔斷聲橋的插板式金屬聲屏障，使用聲波傳播阻力不同的材料斷橋、采用開孔制造突變界面不斷阻止聲音能量的傳遞的結(jié)構(gòu)視圖；
[0040]圖2是開孔橡膠材料作層間墊的視圖；
[0041]圖3是隔斷聲橋的插板式金屬聲屏障，單元板的背板在連接部分開孔制造突變界面不斷阻止聲音能量的傳遞的結(jié)構(gòu)視圖；
[0042]圖4是隔斷聲橋的插板式金屬聲屏障單元板的連續(xù)圓弧面板在連接部分開孔制造突變界面不斷阻止聲音能量的傳遞的結(jié)構(gòu)視圖；
[0043]圖5是插板式聲屏障單元板頂部采用斜面作導(dǎo)流緩釋的視圖；
[0044]圖6是插板式聲屏障單元板頂部采用斜面作導(dǎo)流緩釋的產(chǎn)品圖片。
[0045]圖中:
[0046](I)開孔橡膠層間墊，(2)連續(xù)圓弧面板在連接部分開孔制造突變界面，(3)背板在連接部分開孔制造突變界面，(4)凸槽，(5)凹槽，(6)單元板頂部導(dǎo)流斜面。

【具體實(shí)施方式】
[0047]首先對(duì)照每幅說(shuō)明書附圖進(jìn)行說(shuō)明，圖1用來(lái)說(shuō)明隔斷聲橋的插板式金屬聲屏障，使用聲波傳播阻力不同金屬、橡膠材料，采用在每種材料的凸槽(4)和凹槽(5)表面開孔，制造突變界面不斷阻止聲音能量的傳遞的立體結(jié)構(gòu)。
[0048]圖2顯示開孔橡膠層間墊(I)的立體結(jié)構(gòu)。
[0049]圖3用來(lái)說(shuō)明隔斷聲橋的插板式金屬聲屏障的單元板在背板在連接部分開孔制造突變界面(3)，即凸槽(4)和凹槽(5)的表面開孔，不斷阻止聲音能量的傳遞的立體結(jié)構(gòu)。
[0050]圖4用來(lái)說(shuō)明隔斷聲橋的插板式金屬聲屏障的單元板在連續(xù)圓弧面板在連接部分開孔制造突變界面(2)，即凸槽(4)和凹槽(5)的表面開孔，不斷阻止聲音能量的傳遞的立體結(jié)構(gòu)。
[0051]圖5用來(lái)說(shuō)明隔斷聲橋的插板式金屬聲屏障的單元板頂部凸槽(4)采用斜面作為導(dǎo)流緩釋的立體圖。
[0052]圖6用來(lái)說(shuō)明隔斷聲橋的插板式金屬聲屏障的單元板頂部采用斜面作導(dǎo)流緩釋的產(chǎn)品正面形狀。
[0053]具體實(shí)施中，
[0054]按隔斷聲橋的插板式金屬聲屏障單元板的尺寸下料后，進(jìn)行連續(xù)圓弧面板和背板凸槽(4)和凹槽(5)的表面開孔，形成連續(xù)圓弧面板在連接部分開孔制造突變界面(2)、背板在連接部分開孔制造突變界面(3);使用橡膠片，按凸槽(4)及凹槽(5)結(jié)合面的的尺寸下料、開孔；然后在墊上開孔橡膠層間墊(I)的情況下，將背板從連續(xù)圓弧面板的側(cè)面插入，成為插板式金屬聲屏障單元板，在其頂部的形成帶導(dǎo)流斜面。
【權(quán)利要求】
1.一種隔斷聲橋的插板式金屬聲屏障，其特征是:采用不同厚度的金屬薄板構(gòu)成連續(xù)圓弧面板、背板，構(gòu)成插板式聲屏障單元板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隔斷聲橋的插板式金屬聲屏障，其特征是:在頂部凸槽和底部凹槽連接部位的接合面之間、沿其長(zhǎng)度方向間隔使用不同孔徑的穿孔結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隔斷聲橋的插板式金屬聲屏障，其特征是:對(duì)連續(xù)圓弧面板頂部凸槽的各個(gè)孔來(lái)說(shuō)，靠橡膠層間墊的阻隔形成盲孔結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】E01F8/00GK204125852SQ201420215882
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】王鴻基, 杭志遠(yuǎn), 季嬌, 張瑩 申請(qǐng)人:江蘇遠(yuǎn)興環(huán)保集團(tuán)有限公司