声屏障降噪性能数值模拟计算方法技术

本发明专利技术公开了一种声屏障降噪性能数值模拟计算方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：基于声屏障降噪机理及运用声学波动方程求Helmholtz积分解，建立三维声屏障结构数值模型；步骤二、对三维声屏障结构数值模型进行结构网格划分，拾取三维声屏障结构数值模型表面结构网格将其设置为声学包络网格；步骤三：对三维声屏障结构数值模型的结构网格和声学包络网格进行参数设置；步骤四：采用三维边界元法计算声屏障所保护区域后的声压级云图；步骤五：通过声屏障后的声压级云图变化来表现声屏障的降噪性能。本发明专利技术运用三维边界元法分析实际声屏障降噪效果，所建数值模型可为不同声屏障材料及不用声屏障结构降噪性能的预测提供最直观的理论依据。

Numerical simulation method for noise reduction performance of noise barrier

The invention discloses a numerical simulation calculation method for noise reduction performance of sound barrier, which includes the following steps: first, based on noise reduction mechanism of sound barrier and Helmholtz integral solution by using acoustic wave equation, a three-dimensional numerical model of sound barrier structure is established; second, the three-dimensional numerical model of sound barrier structure is meshed and the three-dimensional numerical model of sound barrier structure is picked up. Step 3: Setting the parameters of the structural grid and the acoustic envelope grid of the numerical model of the three-dimensional sound barrier structure; Step 4: Calculating the sound pressure level cloud after the protected area of the sound barrier by using the three-dimensional boundary element method; Step 5: Expressing the noise reduction performance of the sound barrier through the change of the sound pressure level cloud after the sound barrier. The three-dimensional boundary element method is used to analyze the noise reduction effect of the actual sound barrier. The numerical model can provide the most intuitive theoretical basis for predicting the noise reduction performance of different sound barrier materials and structures without sound barriers.

【技术实现步骤摘要】
声屏障降噪性能数值模拟计算方法
本专利技术属于土木工程结构领域，涉及一种分析声屏障在不同材料不同结构情况下降噪效果的数值模拟计算方法。
技术介绍
声屏障的研究始于1963年美国和日本，我国1992年第一次修建了百米长的混凝土声屏障，国内外专家及学者都对声屏障进行了大量的研究，从材料到结构，都不断的发觉声屏障的新材料及新的结构形式，以期望使其能够有更加好的吸声降噪效果。但与此同时，对声屏障降噪效果的测试一般需要制作实体声屏障并安装在公路或铁路两旁然后进行声屏障声学性能的测试，以此来分析声屏障的降噪效果，这种实验法成本、时间、场地要求均较高。于是出现了运用数值模拟计算来分析声屏障降噪效果，常用的模拟计算方法有四种，分别为几何与波动声学、试验与半经验法、统计能量法及边界元法。这四种方法均有各自的利弊，但综合来说边界元法最优。以往的边界元法均采用二维边界元法，则只能分析无厚度全反射型声屏障，而这与实际情况相差较大。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种声屏障降噪性能数值模拟计算方法。该方法运用三维边界元法分析实际声屏障降噪效果，所建立的数值模型可为不同声屏障材料及不用声屏障结构降噪性能的预测提供最直观的理论依据。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种声屏障降噪性能数值模拟计算方法，包括如下步骤：步骤一：基于声屏障降噪机理及运用声学波动方程求Helmholtz积分解，建立三维声屏障结构数值模型。本步骤中，运用LMSVirtualLabAcoustics软件，在Geometry模块中建立三维声屏障结构数值模型。本步骤中，所述三维声屏障结构数值模型可以是所研究的各种形式的声屏障结构，可以是声屏障单元板或者是所需要计算的有一定长度的声屏障模型。步骤二、对三维声屏障结构数值模型进行结构网格划分，拾取三维声屏障结构数值模型表面结构网格将其设置为声学包络网格。本步骤中，在Structures和Meshing模块中进行结构网格划分，拾取三维声屏障结构数值模型表面网格将其设置为声学包络网格。步骤三：对三维声屏障结构数值模型的结构网格和声学包络网格进行参数设置。本步骤中，声学包络网格参数包括边界条件、声屏障材料、声源数值、计算频率步长等相关参数。本步骤中，可在VirtualLabAcoustics软件的Materials和Properties中设置所研究的声屏障材料的各项参数。步骤四：参数设置完成后，采用三维边界元法计算声屏障所保护区域后的声压级云图，以此来反映声屏障降噪效果，所述声屏障保护区域为声屏障遇到声波之后在声屏障背侧产生的声影区域，与之对应的声亮区为未收到声屏障保护的区域，此在声压级云图中可以显示出来(声屏障降噪机理)。本步骤中，运用LMSVirtualLabAcoustics软件，通过Acoustics模块进入AcousticsHarmonicBEM，选择IndirectBEM选项运用间接边界元法计算声屏障所保护区域后的声压级。步骤五：通过声屏障后的声压级云图变化来表现声屏障的降噪性能。本步骤中，运用LMSVirtualLabAcoustics软件，在模型、参数、边界条件等设置完成后，通过AcousticsResponse进行数值计算，可以选择所需要输出的结果参数，如声压级、声强等。相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术所建立的数值模型可为不同声屏障材料及不用声屏障结构降噪性能的预测提供最直观的理论依据。2、可以用本专利技术方法对所研究材料制成实际尺寸声屏障后的降噪效果进行分析预测，也可对声屏障不同结构情况下，各自的降噪性能进行分析预测，也可将材料与结构结合，分析预测所要设置的有一定长度的实体声屏障的降噪效果。3、本专利技术节省了实验测试产生的时间金钱及实验条件场地等成本。4、经过模拟计算结果与实际试验测试结果对比，验证了本专利技术模拟结果的准确性和可行性。附图说明图1为3维边界元法分析声屏障降噪效果的数值模拟计算求解示意图；图2为直板式橡胶颗粒水泥基复合声屏障计算模型图；图3为折板式橡胶颗粒水泥基复合声屏障计算模型图；图4为无声屏障各频率下场点声压级云图；图5为直板式声屏障各频率下场点声压级云图；图6为折板式声屏障各频率下场点声压级云图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。本专利技术提供了一种运用三维边界元法分析实际声屏障降噪效果的模拟计算方法，所述方法基于声屏障降噪机理及运用声学波动方程求Helmholtz积分解，建立三维声屏障结构数值模型，设置参数及边界条件，计算输出结果。如图1所示，具体包括以下步骤：步骤一：基于LMSVirtualLabAcoustics自带的CATIA建模系统建立三维声屏障结构数值模型，包括声屏障尺寸、设置声屏障长度及声屏障结构形式。或者VirtualLab提供了丰富的与其他软件进行数据交换的接口，这些软件包括：ANSYS、ABAQUS、MSC/NASTRAN、MSC/PATRAN等，能够从这些软件读取建立的模型数据、结构模态还有表面振动速度等计算结构。步骤二：进入LMSVirtualLabAcoustics的Meshing模块进行三维声屏障结构数值模型结构网格划分，进入Structures模块拾取结构表面网格作为声学包络网格。步骤三：进入LMSVirtualLabAcoustics的Acoustics模块设置声屏障结构网格及声学网格，设置声屏障材料、声源、计算频率等相关参数。步骤四：通过LMSVirtualLabAcoustics中的AcousticsResponse计算声屏障所保护区域后的声压级云图。步骤五：分析计算结果。上述计算方法实现了声屏障所保护区域的声场声压级的三维计算。下面结合具体案例说明本专利技术所建立的数值模型和计算方法的应用，案例为直板式橡胶颗粒水泥复合声屏障及折板式橡胶颗粒水泥复合声屏障模型(图2和图3)；设置两种声屏障高度为3m，长度为10m，厚度为0.1m。设置障板SymmetryPlane模拟全反射地面，整个声场流体为空气，声速340m/s密度1.225kg/m3，声屏障参数为弹性模量15GPa，泊松比0.3，密度1416kg/m3，不同频率下吸声系数见表1，声源为5m长线声源，模拟轮轨噪声源强数据取列车时速为250km/h时的声源强度87dB，位置距离地面30cm，线声源在仿真模型中显示为圆柱状。计算结果输出不同频率下声屏障后场点声压级云图。表1声屏障不同频率下吸声系数频率6380100125160200250315400500630800100012501600吸声系数0.10.10.10.10.10.10.20.20.40.70.90.70.40.30.3在本实例中设置三个平面场点声压以直观表现出声屏障在声场中的降噪效果，即XY轴、YZ轴、ZX轴各一个场点平面，由此可以观察整个声场的场点声压分布情况，包括声屏障噪声源一侧和声屏障所保护区域一侧以及垂直空间上的声压级分布，其中YZ轴和ZX轴平面尺寸均为20m的正方形，XY在X轴方向多出4m的距离。为了分析声屏障结构降噪效果，模拟无声屏障情况下场本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种声屏障降噪性能数值模拟计算方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤一：基于声屏障降噪机理及运用声学波动方程求Helmholtz积分解，建立三维声屏障结构数值模型；步骤二、对三维声屏障结构数值模型进行结构网格划分，拾取三维声屏障结构数值模型表面结构网格将其设置为声学包络网格；步骤三：对三维声屏障结构数值模型的结构网格和声学包络网格进行参数设置；步骤四：参数设置完成后，采用三维边界元法计算声屏障所保护区域后的声压级云图；步骤五：通过声屏障后的声压级云图变化来表现声屏障的降噪性能。

【技术特征摘要】
1.一种声屏障降噪性能数值模拟计算方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤一：基于声屏障降噪机理及运用声学波动方程求Helmholtz积分解，建立三维声屏障结构数值模型；步骤二、对三维声屏障结构数值模型进行结构网格划分，拾取三维声屏障结构数值模型表面结构网格将其设置为声学包络网格；步骤三：对三维声屏障结构数值模型的结构网格和声学包络网格进行参数设置；步骤四：参数设置完成后，采用三维边界元法计算声屏障所保护区域后的声压级云图；步骤五：通过声屏障后的声压级云图变化来表现声屏障的降噪性能。2.根据权利要求1所述的声屏障降噪性能数值模拟计算方法，其特征在于所述步骤一中，运用LMSVirtualLabAcoustics软件，在Geometry模块中建立三维声屏障结构数值模型。3.根据权利要求1所述的声屏障降噪性能数值模拟计算方法，其特征在于所述步骤一中，三维声屏障结构数值模型为各种形式的声屏障结构、声屏障单元板或者是所需要计算的有一定长度的声屏障模型。4.根据权利要求1所述的声屏障降噪性能数值模拟计算方法，其特征在于所述步骤二中，在Structures和M...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔国富，陈立庚，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23