【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于軌道交通結構減振，尤其涉及一種地鐵盾構隧道用類蜂窩結構降噪裝置及其評估方法。
技術介紹
1、隨著城市經濟的快速發展和人口密集度的日益增加，地鐵作為大型城市交通系統的重要組成部分，因其高效、快捷、環保的特點而被廣泛推廣和建設。盾構技術作為地鐵隧道施工的主要方法，以其自動化程度高、施工速度快、對環境影響小等優點，得到了廣泛應用。
2、然而，盾構隧道在施工過程中及運營階段產生的噪音問題也日益凸顯。地鐵盾構隧道內的噪音主要來源于列車的行駛以及通風設備等。受制于封閉空間的特性和地鐵運行所產生的多方面噪聲，這不僅影響市民乘車的舒適度，同時也對地鐵工作人員的健康和周邊環境帶來了不利影響。
3、傳統的降噪措施，如采用特制的軌道墊板、彈性支撐件等減振設備起到減振作用；優化車輪和軌道設計以減少摩擦噪音來達到聲源降噪的效果；在隧道內部設置聲屏障或吸音材料，減少噪音在隧道內部的反射和傳播等。這些降噪措施雖有一定效果，但隨著科技的進步和環境標準的提升，這些傳統措施在成本、安裝難易度、維護復雜性等方面已經逐漸無法滿足現代城市地鐵隧道內的噪音控制需求。在盾構隧道管片較大曲率和受限限界空間等條件下，地鐵盾構隧道空間的降噪手段需要采用更加綜合的措施，降噪設備需要更為精確的噪音頻率識別和降噪效果，以及更為便捷的安裝和維護方式，從而確保地鐵系統更和諧地融入城市生活，保障乘客和居民的生活質量。針對這類外掛式的輕量化降噪裝置，在安裝之前還需對其降噪效果進行評估，尤其是針對其在盾構隧道封閉空間內對車輛行經軌道造成的輪軌噪聲特殊頻段的噪
技術實現思路
1、為解決上述存在的技術問題，本專利技術提供一種地鐵盾構隧道用類蜂窩結構降噪裝置及其評估方法，采用類蜂窩結構制成蜂窩-多層復合型聲能吸收裝置，并建立了基于有限元仿真計算的評估方法對裝置的降噪效果進行評估與再優化。
2、本專利技術具體采用的技術方案如下：
3、第一方面，本專利技術提供了一種地鐵盾構隧道用類蜂窩結構降噪裝置，所述降噪裝置為貼合道床高度以上的地鐵盾構隧道壁鋪設的多層蜂窩能量吸收復合結構，所述多層蜂窩能量吸收復合結構由多層蜂窩能量吸收墊以錯位層疊的形式復合而成；每層蜂窩能量吸收墊為由連續固相骨架和流體填充孔隙組成的多孔材料，其中分布于連續固相骨架中的流體填充孔隙在平面上為正六邊形蜂窩孔形狀；所述多層蜂窩能量吸收復合結構中，上下兩層蜂窩能量吸收墊中的正六邊形蜂窩孔完全錯開不貫通。
4、作為上述第一方面的優選，所述蜂窩能量吸收墊中，連續固相骨架為三聚氰胺材質，所述流體填充孔隙內填充的流體介質為空氣。
5、作為上述第一方面的優選，所述蜂窩能量吸收墊是通過在一塊連續固相骨架材料的吸聲板上加工出按蜂窩結構排列的正六邊形蜂窩孔得到的。
6、第二方面，本專利技術提供了一種如上述第一方面所述地鐵盾構隧道用類蜂窩結構降噪裝置的降噪效果評估方法，其包括：
7、s1：利用有限元方法建立包含車輛模型、軌道模型、隧道模型、輪軌接觸模型、表面聲腔模型以及流體域模型在內的宏觀動力學模型，用于計算入射聲場；其中車輛模型、軌道模型和隧道模型按實際空間位置進行裝配；輪軌接觸模型用于連接車輛模型和軌道模型并計算其輪軌相互作用；表面聲腔模型為一層覆蓋于位于車輛模型四周表面的聲腔單元，用于在計算反射噪聲時通過流體域向隧道表面施加入射聲場；
8、s2：將車輛模型表面的表面聲腔模型設置為不激活狀態，然后在輪軌接觸模型中導入輪軌噪聲激勵后，運行所述宏觀動力學模型進行車輛-軌道耦合動力學計算，從而計算車輛模型運動時造成的輪軌噪聲，同時利用流體域計算氣動噪聲，將輪軌噪聲和氣動噪聲疊加計算得到隧道內噪聲聲場分布；從所述隧道內噪聲聲場分布中提取車輛模型表面的聲場分布，并將提取的表面聲場導入至表面聲腔模型作為反射噪聲計算時的入射聲場激勵；
9、s3：針對所述降噪裝置的待評估設計方案，按照待評估設計方案中的參數建立降噪裝置子模型，并按待評估設計方案中設計的鋪設位置裝配至宏觀動力學模型的隧道模型內壁上；
10、s4：基于s3中由降噪裝置子模型和宏觀動力學模型裝配而成的有限元模型，不再進行車輛-軌道耦合動力學計算，直接通過表面聲腔模型經由流體域向隧道表面的降噪裝置子模型施加所述入射聲場激勵，模擬計算反射噪聲空間，并在車體表面選取噪聲測點記錄反射噪聲大小，評估所述降噪裝置應用前后的降噪量。
11、作為上述第二方面的優選，在步驟s1所述宏觀動力學模型中，車輛模型為多體動力學模型，所述軌道模型和所述隧道模型由實體單元建模，流體域模型采用流體單元建模，所述車輛模型、軌道模型和隧道模型表面設置為無滑移壁面，而流體域兩端設置無限單元邊界；在運行所述宏觀動力學模型進行車輛-軌道耦合動力學計算時，在車輛與流體域接觸近場，考慮湍流作用采用cfd(計算流體動力學)方法求解聲源流場，根據聲源流場計算得到的壓力和流速，利用lighthill體聲源模型獲得氣動噪聲的聲源并以此作為源項進行聲傳播的計算，并預測遠場的輻射噪聲。
12、作為上述第二方面的優選，在步驟s2中，在輪軌接觸模型中導入輪軌噪聲激勵時，選用實測的輪軌粗糙度譜或實測輪軌噪聲作為聲源激勵。
13、作為上述第二方面的優選，在步驟s3中，基于待評估設計方案加工吸收墊標準試件，并對吸收墊標準試件的密度(kg/m3)、流阻率(n·s/m4)、空隙率和迂曲度進行參數測定，同時通過標準試件測試測量得到該吸收墊標準試件在不同頻率下的吸聲系數；在建立降噪裝置子模型時，將所述降噪裝置中的每一層蜂窩能量吸收墊簡化建模為一層符合實測參數的板體，無需建模每一層蜂窩能量吸收墊的內部結構。
14、作為上述第二方面的優選，將所述降噪裝置的所有可優化參數作為控制變量，將所述降噪裝置應用前后的降噪量聲壓值大小設置為目標函數，定義各控制變量應當滿足的約束和上下限，采用優化算法對所有可優化參數進行優化迭代，得到所述降噪裝置的最優參數組合。
15、作為上述第二方面的優選，所述降噪裝置中的可優化參數包括蜂窩能量吸收墊的疊加層數以及每層蜂窩能量吸收墊中正六邊形蜂窩孔的尺寸。
16、作為上述第二方面的優選，所述優化算法采用移動漸近線算法(method?ofmoving?asymptotes，mma)。
17、相對于現有技術而言，本專利技術的有益效果如下：
18、本專利技術提供了一種地鐵盾構隧道用類蜂窩結構降噪裝置，該降噪裝置由類蜂窩結構組合構成蜂窩-多層復合型聲能吸收裝置，在結構上和材料上都有獨立降噪的能力，使得其復合降噪能力更為出色。采用多孔吸聲材料板一體化加工的方式可以降低加工成本與難度，同時蜂窩狀單元化的結構可根據需要進行適當地彎折、切割，使得其能夠直接貼合盾構隧道管片的彎曲、不平整表面上，且方便拆卸，不影響管片自身的維修、管線布設等。
19、本專利技術所提出的評估方法采用模塊化本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種地鐵盾構隧道用類蜂窩結構降噪裝置，其特征在于，所述降噪裝置為貼合道床高度以上的地鐵盾構隧道壁鋪設的多層蜂窩能量吸收復合結構，所述多層蜂窩能量吸收復合結構由多層蜂窩能量吸收墊以錯位層疊的形式復合而成；每層蜂窩能量吸收墊為由連續固相骨架和流體填充孔隙組成的多孔材料，其中分布于連續固相骨架中的流體填充孔隙在平面上為正六邊形蜂窩孔形狀；所述多層蜂窩能量吸收復合結構中，上下兩層蜂窩能量吸收墊中的正六邊形蜂窩孔完全錯開不貫通。
2.如權利要求1所述的地鐵盾構隧道用類蜂窩結構降噪裝置，其特征在于，所述蜂窩能量吸收墊中，連續固相骨架為三聚氰胺材質，所述流體填充孔隙內填充的流體介質為空氣。
3.根據權利要求1所述的一種地鐵盾構隧道用類蜂窩結構降噪裝置，其特征在于，所述蜂窩能量吸收墊是通過在一塊連續固相骨架材料的吸聲板上加工出按蜂窩結構排列的正六邊形蜂窩孔得到的。
4.一種如權利要求1所述地鐵盾構隧道用類蜂窩結構降噪裝置的降噪效果評估方法，其特征在于，包括：
5.根據權利要求4所述的降噪效果評估方法，其特征在于，在步驟S1所述宏觀動力學模型中，
6.根據權利要求4所述的降噪效果評估方法，其特征在于，在步驟S2中，在輪軌接觸模型中導入輪軌噪聲激勵時，選用實測的輪軌粗糙度譜或實測輪軌噪聲作為聲源激勵。
7.根據權利要求4所述的降噪效果評估方法，其特征在于，在步驟S3中，基于待評估設計方案加工吸收墊標準試件，并對吸收墊標準試件的密度、流阻率、空隙率和迂曲度進行參數測定，同時通過標準試件測試測量得到該吸收墊標準試件在不同頻率下的吸聲系數；在建立降噪裝置子模型時，將所述降噪裝置中的每一層蜂窩能量吸收墊簡化建模為一層符合實測參數的板體，無需建模每一層蜂窩能量吸收墊的內部結構。
8.根據權利要求4所述的降噪效果評估方法，其特征在于，將所述降噪裝置的所有可優化參數作為控制變量，將所述降噪裝置應用前后的降噪量聲壓值大小設置為目標函數，定義各控制變量應當滿足的約束和上下限，采用優化算法對所有可優化參數進行優化迭代，得到所述降噪裝置的最優參數組合。
9.根據權利要求8所述的降噪效果評估方法，其特征在于，所述降噪裝置中的可優化參數包括蜂窩能量吸收墊的疊加層數以及每層蜂窩能量吸收墊中正六邊形蜂窩孔的尺寸。
10.根據權利要求8所述的降噪效果評估方法，其特征在于，所述優化算法采用移動漸近線算法。
...【技術特征摘要】
1.一種地鐵盾構隧道用類蜂窩結構降噪裝置，其特征在于，所述降噪裝置為貼合道床高度以上的地鐵盾構隧道壁鋪設的多層蜂窩能量吸收復合結構，所述多層蜂窩能量吸收復合結構由多層蜂窩能量吸收墊以錯位層疊的形式復合而成；每層蜂窩能量吸收墊為由連續固相骨架和流體填充孔隙組成的多孔材料，其中分布于連續固相骨架中的流體填充孔隙在平面上為正六邊形蜂窩孔形狀；所述多層蜂窩能量吸收復合結構中，上下兩層蜂窩能量吸收墊中的正六邊形蜂窩孔完全錯開不貫通。
2.如權利要求1所述的地鐵盾構隧道用類蜂窩結構降噪裝置，其特征在于，所述蜂窩能量吸收墊中，連續固相骨架為三聚氰胺材質，所述流體填充孔隙內填充的流體介質為空氣。
3.根據權利要求1所述的一種地鐵盾構隧道用類蜂窩結構降噪裝置，其特征在于，所述蜂窩能量吸收墊是通過在一塊連續固相骨架材料的吸聲板上加工出按蜂窩結構排列的正六邊形蜂窩孔得到的。
4.一種如權利要求1所述地鐵盾構隧道用類蜂窩結構降噪裝置的降噪效果評估方法，其特征在于，包括：
5.根據權利要求4所述的降噪效果評估方法，其特征在于，在步驟s1所述宏觀動力學模型中，車輛模型為多體動力學模型，所述軌道模型和所述隧道模型由實體單元建模，流體域模型采用流體單元建模，所述車輛模型、軌道模型和隧道模型表面設置為無滑移壁面，而流體域兩端設置無限單元邊界；在運行所述宏觀動力學模型進行車輛-軌道耦合動力學計算時，在車輛與流體域接觸近場，考慮湍流作用采用計...
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙聞強，謝燁，陳昌進，李炎，金忠富，金浩，鄭卓榮，劉一帆，湯世龍，
申請(專利權)人：浙江省交通投資集團有限公司智慧交通研究分公司，
類型：發明
國別省市：
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