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原文传递高速铁路声屏障设计与声学性能分析

论文题名：	高速铁路声屏障设计与声学性能分析
关键词：	高速铁路噪声;声屏障;插入损失;数值仿真;二次余数扩散体;有限元模型
摘要：	近年来，我国的高速铁路事业发展迅猛，高速铁路的里程不断增加，高速列车车速不断提高。高速铁路使人们的出行更加方便的同时，也带来了许多问题。其中高速铁路噪声污染严重影响了沿线居民的生活质量，因此有必要对高速铁路噪声进行治理。声屏障作为控制噪声传播途径的有效方式，已经在治理道路交通噪声与普通铁路噪声方面得到了广泛应用，但是由于高速铁路噪声的特殊性，使得现有声屏障在控制高速铁路噪声时存在效果不够理想的问题。因此根据高速铁路噪声特性，对影响声屏障声学性能的因素进行研究，从而提高降噪效果，对于改善沿线居民的生活环境和推动高速铁路事业的发展具有十分重要的意义。根据声屏障的降噪原理，声屏障的插入损失主要取决于对绕射声的衰减，因此提高声屏障降噪效果的最有效方式包括提高高度、增加顶部形状，并对中低频噪声进行控制。　　在国家自然科学基金项目“高铁等超大型结构宽频声振预报的混合能量流方法”(51675306)、国家重点研发计划项目“大型机加厂房等典型场所噪声及电焊烟尘防护技术装备研发”(2016YFC0801704)和“密集抛光打磨车间粉尘及振动危害防护技术装备研发”(2016YFC0801702)的资助下，本文对高速列车的车外噪声进行了测试分析，并针对高速铁路噪声特性，研究了影响声屏障降噪效果的各种因素，根据研究结果对高速铁路声屏障进行设计并对其声学性能进行分析，结果表明，相比现有的普通高速铁路声屏障，该声屏障对高速铁路噪声的降噪能力明显提高。本文主要开展了以下几方面的工作: 　　首先，对高速铁路事业的发展与随之而来的高速铁路噪声问题进行了介绍，并对其危害进行了阐述。针对高速铁路噪声问题，设置声屏障是最简单最有效的方式，因此对声屏障技术的研究发展与应用现状进行了介绍，着重介绍了高速铁路声屏障的发展现状，并分析了现有高速铁路声屏障的不足。其次，介绍了声屏障的降噪原理，根据其降噪原理提出增加高度和设置顶部形状的方法提高声屏障的防绕射能力，同时考虑到二次余数扩散结构对中低频噪声的扩散吸声效果，将该结构在高速铁路声屏障顶部进行应用，对中低频噪声进行控制。　　声屏障的降噪效果会随着声源特性的改变发生变化，因此获得高速铁路噪声特性是进行高速铁路声屏障设计的前提。根据相关测试标准和测试方法，在高速铁路沿线选取测点并布置测试设备，对高速列车在不同运行工况下产生的高速铁路噪声进行了测试。测试过程中，为了减小高速列车运行产生的气流对传声器的影响，使用了传声器防风整流罩装置，提高了测试的准确性。然后对高速铁路噪声测试数据进行处理，分析得到噪声的等效连续A计权声压级与频率分布，并利用声成像技术对噪声分布进行定位，了解了高速铁路噪声的声压级水平与频谱特性，以及噪声源的分布情况。　　然后，结合高速铁路噪声的测试结果，运用有限元方法构建了声屏障插入损失计算模型，建模过程中进行了合理假设并考虑了高速列车车体的影响，通过对不同高度直立型声屏障的插入损失进行计算，并将仿真得到的插入损失值与实验测试得到的插入损失值进行对比，验证了使用有限元模型进行插入损失计算的有效性与准确性。利用该模型详细分析了声屏障高度、顶部形状、二次余数扩散结构参数等对插入损失的影响，为设计高速铁路声屏障时进行参数选取提供了依据。最后，根据对不同参数的研究结果，对高速铁路声屏障进行设计，确定了其高度、顶部形状，并且将二次余数扩散结构在其顶部进行应用。对其声学性能进行了分析，与现有的普通直立型声屏障相比，新型高速铁路声屏障具有更好的降噪效果，尤其是对中低频噪声的控制更加显著。
作者：	张国安
专业：	机械工程
导师：	孟剑峰;牛军川;隋富生
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文