[發明專利]隔斷聲橋的插板式金屬聲屏障

在審

• 申請號: 201410178408.8
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN105019371A
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發明（設計）人: 王鴻基;杭志遠;季嬌;張瑩
• 申請（專利權）人: 江蘇遠興環保集團有限公司
• 主分類號: E01F8/00
• 分類號: E01F8/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于環境保護領域中的噪聲治理。

背景技術

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，兩個翼板與鐵路平行；在兩個立柱之間插入金屬吸聲箱體；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的作用力。使用中將行駛風的作用力平行反射回列車表面造成混響，增加車內外的噪聲，完全失去聲屏障的功能和意義，甚至成為噪聲源。

高速鐵路兩側的聲屏障實際等于沒有頂蓋的隧道，高速列車進、出設置的聲屏障區域，以及在聲屏障區域行駛時，行駛風受到聲屏障的阻擋，如果沒有措施使高能噪聲伴隨高速列車的行駛風緩慢釋放，而是突然改變傳播的幾何路徑，將產生能量集中，引發摧毀力極大的“聲爆”，導致安全事故。

在現有公知的技術中：

(1)治理中、低頻段的噪聲，使用薄板結構振動，進而消耗能量，直至其自由衰減振動結束，完成聲能轉換成機械能；

(2)治理中、高頻段的噪聲，使用穿有小孔的金屬板結構振動，進而消耗能量，直至其自由衰減振動結束，完成聲能轉換成機械能，其中，穿孔薄板結構的穿孔率可以改變振動的頻率；

(3)治理高頻噪聲，通常使用錯亂層疊、具有空隙的纖維材料，或開孔的發泡鋁等，使聲能激發空隙和縫隙中空氣的振動，進而消耗能量；

(4)目前公知的聲屏障基本是單層的，包括透明體結構，但是在受到噪聲能量沖擊后，如果不能實現能量的衰減梯度，就達不到消聲的目的；

(5)伴隨噪聲的高速氣流在突然改變傳播的幾何路線時，會產生聲爆，在聲波突然改變的繞射線位置會產生無數漩渦、產生不規則的合成振動和沖擊，使結構疲勞破損。

在實際聲學設施和工程設計中，目前分析計算振動聲輻射及聲場的方法都是以假設為基礎，與實際相悖的是：

A.根據有限元法的變分原理要在連續的整體關系中劃分出單元，造成無限自由度，很多截至邊緣多變，計算必然存在誤差。

B.在邊界型數值計算的邊界元法中，雖然不需要單元劃分，但是根據Dirichiet原理，不能進行唯一性處理，還存在超強奇異性，越計算越麻煩。

C.從電磁波散射問題的計算推動聲波計算、避開對核函數奇異積分，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，但仍然存在高存儲的弊端，對于綜合性噪聲的分析與實際差距較大。

D.振源分析時的材料、控制方法、本底噪聲、聲能轉換因素、氣流、季節及溫濕度等，都直接影響工程聲學的計算。三維實體聲屏障模型的邊界單元數造成求解規模過于龐大。

E.建立聲屏障等聲學模型只將地面和聲屏障表面都設為全反射剛性表面，忽略聲屏障消聲結構的能量轉化功能，針對聲屏障影響不同頻率點源聲場的衰減、以及聲波遇到聲屏障時發生的衍射現象進行降噪分析，忽略低頻聲波的繞射。

F.在梯度的結構聲學優化中，為得到目標函數對不同設計變量的變化率常結合運籌學，使用靈敏度分析法，以便對結構的各種參數進行優化，使噪聲最小。但是，只要聲場狀態涉及設計變量，就又回到高計算量和高內存占有量的老問題。

G.目前理論上三維聲學的計算方法基本是在有解析的實例上進行展開分析，多用于學術交流。對自由度超過4000的聲學問題，計算時間超過上千秒，普通計算機平臺內存空間滿足不了計算要求，數值結果要采用矩陣實驗室的MATLAB軟件，或利用有限元后處理的Tecplot軟件處理。對于聲屏障這樣的聲學模型需要劃分幾十萬以致上百萬個自由度。

H.為了避免模型離散為成千上萬個自由度，目前在使用多極基本解算法時，前處理限于邊界離散，要布置N個邊界點(三角形單元)及源強點，再建立分層八叉樹，隨后進行上行歷遍，對源強點的八叉樹使用公式計算多極展開系數；再進行下行歷遍，計算局部展開系數，并對鄰近晶格內的源強點對配置點x1的貢獻可直套用公式；最后迭代求解方程。

I.德國2003年K-F(科隆至法蘭克福)聲屏障破損的情況反映出：在聲屏障聲學設計理論中，薩塞克斯大學(英)2002年公示羅貝爾先生(Wrobel?L?C)理論上適應恒定流體的聲學邊界條件(The?Boundary?Element?Method-Applications?in?Thermo-Fluids?and?Acoustics)與實際聲學工況差別顯著。

發明內容

本發明通過設計計算和反復試驗證明，聲橋對消聲結構的影響極大，切斷聲屏障的聲橋后，可以顯著提高聲學設施的消聲效果。所以提出一種隔斷聲橋的插板式金屬聲屏障。