混凝土 圆柱 壳声辐射数值模 拟 陈无平， 谢伟平， 王 勇 (武 汉 理 工 大 学 土 木 工 程 与 建 筑 学 院 ，湖 北 武 汉 430O70) 摘 要 ：本 文采用 ANSYS有限元 软件 建立混凝 土封闭 圆柱壳 的声一固耦合 分析模 型 ，对封 闭类混凝 土壳 体结 构 的 低 频 噪 声 辐射 进 行 模 拟 分析 。在 此 基 础上 对 封 闭 类 混 凝 土 壳 体 结 构 进 行 改 良 ，在 不 影 响 结 构 承 载 力 的 前提 下 ，在适 当位 置上开孔 ，使结构形状 发生微小改变 。经分析发现 ，该 方式可有效改 变此类结 构的噪声 频谱范 围， 有 利 于 进 行 减 噪 降 噪 措 施 的设 置 ，提 高 降 噪效 果 。 关 键 词 ：噪声 ； 有 限 元 ； 声 辐 射 ； 圆 柱壳 中 国 分 类 号 ：TB532 文 献 标 识 码 ：A 文 章 编 号 ：1672—7037(2008)O1一O039～03 近 年来 ，各 大 中城 市 轨道 交通 的迅猛 发展 ，大 大缓 解 了交通 拥挤 、堵 塞 等 问题 。随 之而 来的 各种 问题 也不 断产 生 ，如轨 道 交 通 系 统 引起 的噪 声 污 染 、环境 振 动污 染 等 。研究 发 现 ，轻 轨运 行 时 ，箱 形 结构 所 辐 射 的噪声 为 低频 噪声 。低 频 噪声 的声 压 级 不 大 ，听 觉 上 并 不 响 亮 、刺 耳 ，但 对 沿线 居 民 的 健康 可 能造 成 更大 的伤害 ，可 导致 头 痛 、恶 心甚 至 精神 失 常等 疾 病口 ]。Nqai和 NqE6]认 为结 构辐 射 噪声 的 幅值 主 要是 由箱 形 类混 凝 土结构 的共 鸣 引 起 的 。l990年 ，Persson等 口以 频 率 分 别 集 中在 80Hz，250Hz，500Hz和 lO00Hz附近 的 四种 波 段 噪声 为 研 究 对 象 ，经 过 比较分 析发 现 ，频 率 在 80 Hz附近 的噪 声 ，在 等 效 连 A 声 级 相 同 的情 况下 ， 所 引起 的不 良反 应 比其 它 频率段 噪声更 大 。 由于低 频 噪声 具 有很 强 的穿 透 力 ，而 且 沿 传 播 路 径 的衰 减 与高 频 噪声 相 比也较 为缓 慢 ，所 以 ， 普 遍 采 用 的 噪声 控 制 方 法 ，如 在传 播 途 径 上设 置 声 屏 障 等 方 法 在 控 制 低 频 噪 声 的 影 响 上 收 效 甚 微 。为 找 出有 效 的控制 方 法 ，应首 先 对低 频结 构 噪 声 的产 生机 理 和声 辐 射 规律 进行 深 入 的研究 。本 文 建立 了有 限元 分析 模 型对 混凝 土 圆柱 壳结 构 的 噪声 辐 射规 律 进行 分 析 。 1 声 压 方 程 声 介 质 在 外 激励 下 作微 幅振 动 时 ，壳 体 内外 部 空 气 中的 声 压满 足 Helmhohz方程 ： P+kiP一 0， (1) 式 中 ，七。一-,／c； 为外 激 励 频率 ；f为 流 体 中声 速 ； P为流体的压力；一嘉+杀(r昙)+豢 为拉 普拉 斯算 子 。 边界 条件 在流 体 与结 构 的耦 合 面上满 足 f一P芝at(， (2) 1r …～ … 式 中 ，【， 为 径 向位 移 ；”为 法 向 向量 ； 为 流一固 耦合 面 ；JD为 流体 介 质密 度 。 外 部 空 气 边 界 处 。。应 满 足 Sommerfeld辐 射条件 ： ( 。P ， ㈦ 式 中 ，r为波 吸 收边界 的半径 ；i为 虚数 单位 。 2 流 一固耦 合 作 用 的 有 限元 分 析 2．1 有 限 元方 程 流体 与结 构 的相 互 作 用 ，结 构 的 振 动 引起 周 围流体 的 振 动 ，同时 流 体 的 振 动对 结 构 的 表 面又 施加 压力 。 对结 构离 散其 有 限元 方 程 为 [ ]{【7}+ [K ]{U}一 {F }+ ER]{P}。 (4) 对 流 体离 散其 有 限元 方 程 为 EMf]{p}+EKf]{P}一{Ff}一pER]{U}。(5) 组 合 以上 2个 方 程得 到 耦 合系统 的有 限元

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