一种基于Bragg散射声子晶体的声屏障制造技术

本发明专利技术公开了一种基于Bragg散射声子晶体的声屏障结构，包括：第一散射吸声体(1)、第二散射吸声体(2)和阵列散射体(3)，第一散射吸声体(1)、第二散射吸声体(2)和阵列散射体(3)底部通过固定基座安装在地面上，构成基于Bragg散射声子晶体的声屏障结构，本发明专利技术设计的基于声子晶体的声屏障由一个个柱状结构排列组成，与传统声屏障大块的连续隔声板相比，迎风面积和风阻抗大大减小，能够在高速列车经过的区域和自然风较强的地区等特殊场合充分发挥声学降噪性能的同时，避免屏体因为长期受到脉动风压的作用而遭受破坏。

A sound barrier based on Bragg scattering phononic crystal

The invention discloses a sound barrier structure, Bragg scattering based on phononic crystal includes a first scattering absorber (1), second (2) and scattering absorber array of scatterers (3), the first scattering absorber (1), second (2) and scattering absorber array of scatterers (3) at the bottom installed on the ground through a fixed base, a sound barrier structure of Bragg scattering based on phononic crystal, the invention of sound barrier design based on phononic crystal by a columnar structure. Compared with the traditional sound insulation board, continuous sound barrier blocks, windward area and wind resistance is greatly reduced, can through the special occasions in high speed train the strong wind area and natural area, give full play to the acoustic noise reduction performance at the same time, avoid the screen for a long time by the fluctuating wind pressure effect and destruction.

【技术实现步骤摘要】
一种基于Bragg散射声子晶体的声屏障
本专利技术涉及交通降噪领域，特别涉及一种一种基于Bragg散射声子晶体的声屏障。技术背景噪声污染己成为继大气污染和水污染之后的世界第三大污染，据统计，近年来环保部门接到的污染投诉事件中噪声污染的比例已上升到第一位。而在众多的噪声种类中，交通噪声日益突出，危害极其严重。随着我国交通网络建设的突飞猛进，城市道路车流量迅速增多，噪声问题越来越突出，严重影响了人们的休息和正常生活。高速公路、城市高架和轻轨两侧的居民对噪声污染表现出强烈不满。与此同时，生活水平的不断提高促进了整个社会的环保意识迅速加强，因此控制交通噪声污染己成为一个亟待解决的问题。声屏障作为防治道路交通噪声污染的有效途径，在道路交通噪声污染防治中得到了广泛的应用。图1描述了现有声屏障降噪的主要原理，即在声源和受声点之间插入阻隔屏体，阻止噪声直接到达受声点。除少部分声波通过透射和多次反射到达受声点外，大部分声波通过声屏障顶部绕射到受声点。插入的阻隔屏体改变了声波的传播路径，间接增大了衰减传播距离，起到降低受声点声压的作用。1、目前使用的道路声屏障以直立型声屏障为主，降噪性能明显不足。为了改善这个缺点，对普通直立型声屏障进行改进，得到了改型的声屏障结构，这些结构按照功能可以分成两大类：一类是通过增加顶部结构来改变声屏障顶端的角度和形状，增加声屏障的等效高度，如常见的“T型”“倒L型”“折臂型”等，图2是它们的结构简图。另一类是添加纤维类吸声材料或设计特殊的声波共振腔室对声波进行吸收。这些改型结构并没有改变声屏障降噪的主要原理，只是起到了辅助附加降噪的作用，在一定程度上提高了声屏障的降噪效果，但降噪能力依然有限。目前传统声屏障主要具有以下几个突出的缺点：1、在声学层面，目前使用的声屏障结构对噪声衰减能力有限，降噪效果不理想，无法完全满足降噪需求；2、在结构强度层面，传统声屏障迎风面积大，在某些特定的场合，如高速列车经过的区域和自然风较强的地区，屏体容易因为长期受到脉动风载荷的作用而遭受破坏。3、不同的噪声环境，频率特性可能相差很大，比如城市主干道和城市轻轨。但传统的声屏障在设计时，不考虑根据具体的噪声环境做出调整，而在所有的噪声环境中使用一模一样的声屏障，导致声屏障的降噪性能在有些环境中明显不足。4、传统声屏障受到自身降噪原理的限制，往往需要在声源和受声点之间插入足够高、足够长和十分厚实的屏体来阻隔声波，这一方面在人口密集的城市道路两旁造成了人群之间的地理隔离，另一方面隔断了城市风景的连续性和观赏性，非常不方便。5、由于传统声屏障透光性差，影响自然光线条件下的行车视线，长时间接触会增加驾驶员的视觉疲劳和精神疲劳，间接增加高速行车的危险系数。
技术实现思路
针对现有声屏障结构噪声衰减能力不足的问题，本专利技术提供了一种基于Bragg散射声子晶体的声屏障结构，利用声子晶体禁带产生机理的多重散射效应和多种吸声机制共同作用，在获得较好降噪效果的同时克服传统声屏障的缺点。本专利技术的技术方案是一种基于Bragg散射声子晶体的声屏障结构，包括：第一散射吸声体、第二散射吸声体和阵列散射体，第一散射吸声体、第二散射吸声体和阵列散射体底部通过固定基座安装在地面上，构成基于Bragg散射声子晶体的声屏障结构，在靠近道路的第一行和远离道路的最后一行只安装第一散射吸声体和第二散射吸声体，且第一散射吸声体、第二散射吸声体依次间隔排列；第二行和第三行中只安装第二散射吸声体和阵列散射体，且每安装2个第二散射吸声体后再安装一个阵列散射体；同时，以每个阵列散射为中心，均有6个临近的第一散射吸声体或第二散射吸声体。进一步地，6个第一散射吸声体或第二散射吸声体中心的连线构成第一正六边形，第一正六边形的中心处缺省了一个散射吸声体，因此，这6个第一散射吸声体或第二散射吸声体构成了存在点缺陷的三角晶格排列，晶格常数为a，即中心间距为a。进一步地，所有第一散射吸声体、第二散射吸声体和阵列散射体的高度均为h，中心间距均为a。进一步地，第一散射吸声体包括带缺口的微穿孔圆柱薄板、带缺口的正三棱柱板、吸声材料层；带缺口的微穿孔圆柱薄板由微穿孔板加工而成；带缺口的正三棱柱板由正三棱柱板在每条边的中心加工出一定大小的缺口得到；带缺口的微穿孔圆柱薄板与带缺口的三棱柱板外接，带缺口的微穿孔圆柱薄板与带缺口的三棱柱板缺口长度相等且正好相对。进一步地，第一散射吸声体在安装时使带缺口的正三棱柱板的一条边与道路中心线平行；吸声材料层以一定的厚度附着在带缺口的正三棱柱板内侧；微穿孔圆柱薄板与带缺口的正三棱柱板外壁构成微穿孔吸声腔，吸声材料层和带缺口的正三棱柱板内腔构成赫姆霍兹共振腔吸声腔。进一步地，第二散射吸声体包括带缺口的微穿孔圆柱薄板、带缺口的正三棱柱板、多孔吸声材料层，带缺口的微穿孔圆柱薄板由微穿孔板加工而成；带缺口的正三棱柱板由正三棱柱板在每条边的中心加工出一定大小的缺口得到；带缺口的微穿孔圆柱薄板与带缺口的三棱柱板外接，带缺口的微穿孔圆柱薄板与带缺口的三棱柱板缺口长度相等且正好相对。进一步地，第二散射吸声体在安装时使带缺口的正三棱柱板的一条边与道路中心线平行；吸声材料层以一定的厚度附着在带缺口的正三棱柱板内侧；微穿孔圆柱薄板与带缺口的正三棱柱板外壁构成微穿孔吸声腔，吸声材料层和带缺口的正三棱柱板内腔构成赫姆霍兹共振腔吸声腔。进一步地，第一散射吸声体、第二散射吸声体和阵列散射体的高度均为h：在第一散射吸声体中：微穿孔圆柱外径R1+，内径R1-；在第二散射吸声体中：微穿孔圆柱外径R2+，内径R2-；其中：R1+>R2+，内径R1->R2-；微穿孔圆柱薄板均由厚度t，孔隙率σ，孔径d的铝合金薄板加工而成。进一步地，阵列散射体由6个相同的正三棱柱组成，它们的中心连线构成第二正六边形；6个正三棱柱构成了存在点缺陷的三角晶格排列，晶格常数为b，即中心间距为b；正三棱柱在安装时使一条边与道路中心线平行。进一步地，所有正三棱柱均由铝合金板加工而成，厚度为T4，边长为l；阵列散射体内部的缺陷位置起到了共振腔的作用，且与散射吸声体的点缺陷共振腔相互耦合，使部分声波能量局域在共振腔内，不能继续传播。本专利技术的有益效果：本专利技术设计的基于Bragg散射声子晶体的声屏障在确保具有较好的降噪效果的前提下，打破了传统声屏障的局限，克服了传统声屏障的缺点。当噪声从声屏障的一侧入射时，一方面声波在声子晶体阵列中发生多重散射效应，声能由于干涉相消减小一部分，同时，一部分声能被局域在点缺陷位置；另一方面声波被各个散射吸声体在各种吸声机制的共同作用下吸收一部分，从而使得到达受声点的声压值大大降低。1、在多重散射效应的干涉消声与声能局域机制和多种吸声机制的共同作用下，本专利技术设计的基于声子晶体的声屏障结构能够最大程度地对入射声波进行有效衰减，从而降低受声点处的声压值，提高声屏障的降噪效果。2、本专利技术设计的基于声子晶体的声屏障由一个个柱状结构排列组成，与传统声屏障大块的连续隔声板相比，迎风面积和风阻抗大大减小，能够在高速列车经过的区域和自然风较强的地区等特殊场合充分发挥声学降噪性能的同时，避免屏体因为长期受到脉动风压的作用而遭受破坏。3、针对传统声屏障不能与具体噪声环境的频率特性相适应的缺点，本专利技术设计的基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Bragg散射声子晶体的声屏障结构，包括：第一散射吸声体(1)、第二散射吸声体(2)和阵列散射体(3)，第一散射吸声体(1)、第二散射吸声体(2)和阵列散射体(3)底部通过固定基座安装在地面上，构成基于Bragg散射声子晶体的声屏障结构，其特征在于：在靠近道路的第一行和远离道路的最后一行只安装第一散射吸声体(1)和第二散射吸声体(2)，且第一散射吸声体(1)、第二散射吸声体(2)依次间隔排列；第二行和第三行中只安装第二散射吸声体(2)和阵列散射体(3)，且每安装2个第二散射吸声体(2)后再安装一个阵列散射体(3)；同时，以每个阵列散射体(3)为中心，均有6个临近的第一散射吸声体(1)或第二散射吸声体(2)。

【技术特征摘要】
1.一种基于Bragg散射声子晶体的声屏障结构，包括：第一散射吸声体(1)、第二散射吸声体(2)和阵列散射体(3)，第一散射吸声体(1)、第二散射吸声体(2)和阵列散射体(3)底部通过固定基座安装在地面上，构成基于Bragg散射声子晶体的声屏障结构，其特征在于：在靠近道路的第一行和远离道路的最后一行只安装第一散射吸声体(1)和第二散射吸声体(2)，且第一散射吸声体(1)、第二散射吸声体(2)依次间隔排列；第二行和第三行中只安装第二散射吸声体(2)和阵列散射体(3)，且每安装2个第二散射吸声体(2)后再安装一个阵列散射体(3)；同时，以每个阵列散射体(3)为中心，均有6个临近的第一散射吸声体(1)或第二散射吸声体(2)。2.根据权利要求1所述的基于Bragg散射声子晶体的声屏障结构，其特征在于：6个第一散射吸声体(1)或第二散射吸声体(2)中心的连线构成第一正六边形(1.6)，第一正六边形(1.6)的中心处缺省了一个散射吸声体，因此，这6个第一散射吸声体(1)或第二散射吸声体(2)构成了存在点缺陷的三角晶格排列，晶格常数为a，即中心间距为a。3.根据权利要求1所述的基于Bragg散射声子晶体的声屏障结构，其特征在于：所有第一散射吸声体(1)、第二散射吸声体(2)和阵列散射体(3)的高度均为h，中心间距均为a。4.根据权利要求1所述的基于Bragg散射声子晶体的声屏障结构，其特征在于：第一散射吸声体(1)包括带缺口的微穿孔圆柱薄板(1.1)、带缺口的正三棱柱板(1.2)、吸声材料层(1.3)；带缺口的微穿孔圆柱薄板(1.1)由微穿孔板加工而成；带缺口的正三棱柱板(1.2)由正三棱柱板在每条边的中心加工出一定大小的缺口得到；带缺口的微穿孔圆柱薄板(1.1)与带缺口的三棱柱板(1.2)外接，带缺口的微穿孔圆柱薄板(1.1)与带缺口的三棱柱板(1.2)缺口长度相等且正好相对。5.根据权利要求4所述的基于Bragg散射声子晶体的声屏障结构，其特征在于：第一散射吸声体(1)在安装时使带缺口的正三棱柱板(1.2)的一条边与道路中心线平行；吸声材料层(1.3)以一定的厚度附着在带缺口的正三棱柱板(1.2)内侧；微穿孔圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔向阳，张群义，胡鑫，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43