噪声软件在多孔沥青混凝土路面降噪中的应用.pdf
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1、3 1 2 成果应用 城 市道桥 与防洪 2 0 1 2 年 6 月第 6 期 噪声软件在多孔沥青混凝土路面降噪中的应用 蒋甫 ( 上海 浦东 工程建 设管 理有 限公司 , 上海 市 2 0 1 2 1 0 ) , 摘要: 现场或者室内试验的实测数据难以将多孔沥青混凝土路面的降噪性能进行理论化 , 因此 , 选择合适的吸声模型和计 算软件将直接影响降噪性能理论分析的准确性。通过比较 目前流行的几款噪声分析软件 , 结合多孑 L 沥青混凝土路面的特性, 选 择全 球首款 全频 段振 动噪声 软件 P A M V A ON E, 建立 A a r d J o h n s o n吸声 模型 , 计
2、算 得到不 同空 隙率沥 青混凝 士试 件 的吸声 频谱和平均吸声系数。室内吸声系数试验表明, 采用 A l l a r d J o h n s o n 吸声模型在 P A M V A O N E软件中得到的计算值与试验实 测值之间的相似系数达 0 9 , P A M V A O N E软件分析多孔沥青混凝土路面噪声的可靠性较高。 关键词 : 多孔沥青混凝土路面; 噪声软件; 降噪性能; 吸声系数 中 图分 类号 : U 4 1 6 2 文献标 识码 : A 文 章编号 : 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 3 1 2 0 3 0 前言 多孔沥青混凝土路面由于
3、具有约 2 0 的大空隙 率, 能够有效降低路面与轮胎之间的交通噪声 】 。 国内 大量有关多孔沥青混凝土路面 的降噪研究 主要侧 重于现场或者室内噪声测试 ,而对于沥青混凝土 路面的多孔性是如何降噪以及降噪效果的研究很 少 ,且并没有利用现有 的噪声软件分析多孔沥青 混凝土路面降噪性能。 本 文 以毕奥 吸 声理 论 为基 础 ,采用 A l l a r d J o h n s o n模型 , 在噪声软件 P A M V A O N E中建立吸 声模型, 研究多孔沥青路面的降噪机理 , 提出不同 空隙率沥青路面 的降噪性 能。最后通过室 内试验 测试 ,验证 了 P A M V A O N
4、E软件分析多孔沥青路 面噪声的可靠性 。 1 噪声分析软件的选择 目 前市场上使用比较多的专业振动和噪声分 析软件主要有: ( 1 ) E S I 公司的 P A M V A O N E ( 全频 段 ) 和 A u t o S E A 2 ( 高频 ) ; ( 2 ) L MS公 司的 S y s n o i s e , 采用有限元和积分方程方法 ,预测振动和声学的 中低频反应 ; ( 3 ) MS C公 司的 A C T R A N,与前后处 理 器 N A S T R A N、 P A T R A N相 结 合 进 行 求 解 ; ( 4 ) R A Y O N; ( 5 ) V N o
5、 i s e ; ( 6 ) C A A + +等 。该 几 种 软 件 中, 使用较普及的为前两种, 后几种软件针对性较 强 , 不方便应用于多孔材料吸声分析。S y s n o i s e 软 件侧重于中低频噪声,高频噪声误差较大并且模 型庞大 , 而且该软件本 身不能建模 , 需要前处理 网 格划分软件辅助建模 , 在计算过程中, 不同模型之 收稿 日期 : 2 0 1 2 0 2 2 9 基金项目: 上海市科学技术委员会重点科技攻关项目资助 ( 0 5 2 1 1 2 0 4 8 1 ) 作者简介: 蒋甫( 1 9 8 0 一 ) , 男, 江苏宿迁人 , 博士, 工程师, 从事 市
6、政 工程 建设管 理工 作 , 研 究方 向为 路基路 面和工 程管理 。 间的耦合条件要求较高,不能够施加复杂条件下 的声源载荷状况 , 因此在本文 中不采用 。A u t o s e a 2 采用统计能量分 析 ( S t a t i s t i c a l E n e r g y A n a l y s i s ) , 以 梁 、 杆 、 板 、 壳 、 柱等子结构为建模 的基础。统计 能 量 法不 同于有 限元法能得 到某一点 的噪声值 , 它 只能获得某个子系统的整体平均噪声水平。该软 件分析高频噪声精度较高,但是中低频计算能力 不足 。 P A M V A O N E是全球首款全
7、频段振动噪声设 计分析模拟软件 ,它不但可以创建概念设计阶段 的统计 能量分析模型 ,还可以用于创建详细设计 阶段的有限元 和边界元模型 。它是基于 中高频分 析的优 秀软件 A u t o S E A 2 ,通过嵌入低频有 限元分 析的 N a s t r a n求解器和低频边界元分析的 R a y o n求 解器 , 再辅 助以杂交 的 F E M S E A和 F E M B E M S E A 混合求解方法的中频段求解器 ,使得它可以求解 全频域范 围内的振 动噪声 问题 ,也是 目前世界上 唯一一款在一个统一的环境下完成全频段振 动噪 声分析的软件 。 P A M V A O N E
8、含有五大基本模块 :统计 能量 分析模块 ( S E A) 、 结 构有限元模块 ( F E S t r u c t u r e ) 、 声学有限元模块 ( F E A c o u s t i c ) 、声学 边界元模块 ( B E M) 以及中频段的杂交分析模块( H y b r i d ) 。 另外 还有一系列扩展模块。 针对 多孔沥青 路面特 性 , P A M V A O N E提供 专业多孔 材料模块 ( F o a m) 和吸声层 噪声处理程序 ( T r e a t m e n t L a y u p ) 分析多孑 L 路面 的吸声性 能 ( 如 图 1 ) ,并且其计算理论以
9、A l l a r d 专著( P r o p a g a t i o n o f S o u n d i n P o r o u s M e d i a ) 为基础, 其分析理论与多 孔沥青混凝土特性密切相关, 因此匹配性较高。 2 建模 P A M V A O N E软件对于多孔材料噪声的分析 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 6 月第 6 期 城 市道桥 与 防洪 成果应用 3 1 3 蠢 叠M a t e r i a l s C p 流体定压 比热 ; F l u i d z l l 流体动力粘度系数; 望工 s o t r o p i
10、 c i , A 流 体 热 传 导 系 数; :!毫 O r th otr op i c7 i 5 1 as ti S ol i ds 二 不 ; sc o c 隙 率 ; 国 F o 锄s R 厂一 静态流阻系数 ; ( ) 材 料 模型 迂 曲度( 曲率 ) ; 礓 N o i C o n t r o 1 T r e a t m e z t s 热特征长度, 可以用吸收 0 ; s o u n d P a c k a g e s 八 t 度, 可以用昆 墁得到。 !T r : : n t L a y- u p 通 过 推 导 和 转 化 , P A M V A O N E 软 件 中 计
11、 算U i s e r D e f in e d T r e a t m e n t 。J 一 H 。 。 。 i _ M u l t i p 1 e N o i s e C o n t r o l T r e a t A ll a r d J o h n s o n 模型的 参数和 参数值如 表1 所 示。 噪 声 计 算 模 块 4 模型计算结果分析 以 A l l a r d专 著 P r o p a g a t i o n o fS o u n d i n P o r o u s Me d i a 为基 础 ,因此 ,基 于 比奥( B i o t )吸声 理 论 的 A l l a
12、r d J 0 h n s o n 模型 ,按照沥青混合料试样规程4 1 T 0 7 0 2 2 0 0 0的击 实试 验 方 法 成 型 1 0 1 6 ram 6 3 5 ra m圆柱体试件, 根据 驻波管法吸声系数与 声阻抗率测量规范 同 的标准建立吸声系数模型 , 如 图 2所 示 。 堇 墨 堇 墨 堇 蚤 试样 图 2 吸声试验模型 3 模型参数的确定 A l l a r d - J o h n s o n模 型 6 - 8 1 , 其本构关 系如下 : R = R 。 l f 一 _ j 一 伽 I ,+ + 蜘 16r I 【 尸 V J 式( 1 ) 、 ( 2 ) 中: 流
13、阻系数 ; p 流体体积模量; 圆频率 ; p o =Q 广大气压 , 1 0 1 3 2 5 P a ; p 广流体密度; 定压 比热与定容 比热 的比; 尸 =一v c J a普朗特数 ; 设 置不 同空隙率的计算参数后 即可得到沥青 混凝 土试件在噪声频率 1 68 0 0 0 H z 时对应 的吸 声系数。 为简化分析, 按照 1 3 倍程谱的频率分布, 分析不同空隙率沥青混凝土路面的吸声性能。 图3 为空隙率 2 3 和 6 的沥青混凝土路面的吸声系 数计算结果, 图中采用双对数坐标系, 横坐标为频 率( 1 3 倍程谱 ) , 竖坐标为吸声系数 。 为 了便于 图中显示 ,根据室
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