混凝土圆柱壳声辐射数值模拟

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第25卷第l期华中科技大学学报(城市科学版)Vo1．25No．120O8年3月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Mar．2008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

2、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P+kiP一0，(1)大缓解了交通拥挤、堵塞等问题。随之而来的各种式中，七。一-,／c；为外激励频率；f为流体中声速；问题也不断产生，如轨道交通系统引起的噪声污P为流体的压力；一嘉+杀(r昙)+豢染、环境振动污染等。研究发现，轻轨运行时，箱形为拉普拉斯算子。结构所辐射的噪声为低频噪声。低频噪声的声压边界条件在流体与结构的耦合

3、面上满足级不大，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f1r一P芝at(⋯～，(⋯2)精神失常等疾病口]。Nqai和NqE6]认为结构辐射式中，【，为径向位移；”为法向向量；为流一固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耦合面；JD为流体介质密度。80Hz，250Hz，500Hz和lO00Hz附近的四种波段外部空气边界处。。应满足Sommerfeld辐噪声为研究对象，经过比较分析发现，频率在80射条件：Hz附近的噪声，在等效连A声级相同的情况下，(。P，㈦所引起的不

4、良反应比其它频率段噪声更大。式中，r为波吸收边界的半径；i为虚数单位。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2流一固耦合作用的有限元分析声屏障等方法在控制低频噪声的影响上收效甚2．1有限元方程微。为找出有效的控制方法，应首先对低频结构噪流体与结构的相互作用，结构的振动引起周声的产生机理和声辐射规律进行深入的研究。本围流体的振动，同时流体的振动对结构的表面又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。施加压力。对结构离散其有限元方程为1声压方程[]{【7}+[

5、K]{U}一{F}+ER]{P}。(4)对流体离散其有限元方程为声介质在外激励下作微幅振动时，壳体内外EMf]{p}+EKf]{P}一{Ff}一pER]{U}。(5)部空气中的声压满足Helmhohz方程：组合以上2个方程得到耦合系统的有限元控收稿日期：2007—09一O4作者简介：陈无平(1975一)．男．湖北武汉人．工程师．硕士研究生．研究方向为施工技术与结构工程．yyl@whut．edu．cn。基金项目：国家自然科学基金(50678141)。维普资讯http://www.cqvip.com‘4O。华中科技大学学报(城市科学版)制方程[[一(6)式中，和分别

6、为结构的质量矩阵和刚度矩阵；Ms和分别为流体的质量矩阵和刚度矩阵；R为流体一结构的耦合矩阵；和尸分别为结构位移矢量和流体压力矢量；F和分别为施加在结构上的激励和流体上的激励。图3衙载施加壳体结构边界支撑条件为简支支撑，两端下2．2有限元模型模型采用一个沉浸在空气中的两端用圆板封方各取一组点施加约束。对此简支梁进行频率从0到200Hz的谐响应分析，在内外部与结构接触闭的圆柱形壳体(图1)。37，和方向分别表示的声单元上分别定义一个流一固接触面(FSI)，荷横向、垂向和纵向。吸声边界直径为20m，满足有限元Fluid130吸声单元应用条件：RAD一载经由这两个接触面

7、实现传递。0．5D+0．22，其中RAD为球形边界有限区域的半径；D为壳的外直径；21=c／f为声波的主波长。3噪声辐射假设壳的外半径取2．2m，声速取340m／s，声波控制频率取60Hz，可得图4和图5分别给出了外部点尸(0，10，O)和内部点尸(0，1，0)处声压级随频率的变化曲0．5D+0．2一2．2+0．2×340／60—3．3(m)。线，尸和尸点位置示于图3中。从图中可见，尸(7)和尸点声压级分别有5个和6个峰值。峰值所对结构部分使用Solid45六面体单元划分。壳应的频率如表1和表2所示，控制频率集中在4O体内外部空气用Fluid30单元进行模拟。壳

8、体结Hz和180Hz之问