高速铁路声屏障结构特性研究及减载式声屏障技术初探

摘要

声屏障是降低高速铁路运营噪声的有效措施之一，随着我国高速铁路运营里程的迅速增加，声屏障的应用也愈加广泛。由于列车持续脉动风压的作用，声屏障单元板之间和螺栓连接处等薄弱环节可能发生断裂破坏，随着高速列车的提速，脉动风压峰值会进一步增大，导致声屏障的使用寿命减短。为了高速列车安全运营起见，减载式声屏障的技术研究和应用势在必行。本文的主要工作和结论如下:
　　本文首先基于计算流体力学和计算动力学的基本理论，以FLUENT和ANSYS软件为操作平台，建立了数值计算模型，模拟高速列车通过声屏障时的气动行为，并验证了结果的可靠性。计算分析了整个过程中流场压力的变化情况，对比了不同工况下声屏障的脉动风压和动力学响应。最终得出，不同工况下声屏障脉动风压分布规律相同，峰值的大小及位置有差异;声屏障不会发生共振现象。
　　初步探讨了减载式声屏障的力学性能评价方法。基于疲劳理论，将气动力合力幅值相对直型声屏障的减小百分比作为评价指标，研究了7种形式的减载声屏障，并对其中的百叶窗式声屏障进行了参数调查。调查结果发现通道空间大小对减载率影响较大。
　　由于高速铁路发展和安全运营的需要，减载式声屏障的技术研究和应用有着重要意义，关于其理论和试验研究的成果非常匮乏，因此研究工作还有待进一步深入。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外声屏障研究现状

1．3 减载式声屏障

1．4 本文研究内容与研究方法

第2章 数值模拟理论

2．1 气动分析理论

2．1．1 计算流体动力学基本理论

2．1．2 CFD模拟中的数值方法

2．1．3 FLUENT软件介绍

2．2 振动分析理论

2．2．1 结构动力学基础

2．2．2 CAE中的数值算法

2．2．3 ANSYS软件介绍

2．3 小结

第3章 数值计算分析的实现

3．1 气动分析

3．1．1 建立物理与数学模型

3．1．2 建立网格和选择坐标系

3．1．3 离散方程和离散格式的选择

3．1．4 设定边界条件与初始条件

3．1．5 求解和后处理

3．2 动力学分析

3．2．1 声屏障动力学数值计算

3．2．2 确定声屏障模型长度

3．3 小结

第4章 高速铁路声屏障结构特性计算

4．1 声屏障气动特性计算

4．1．1 计算结果的验证

4．1．2 声屏障上的脉动风压

4．1．3 不同影响因素下声屏障的脉动风压

4．2 声屏障动力学分析

4．2．1 声屏障的模态

4．2．2 声屏障振动响应

4．3 小结

第5章 减载式声屏障的特性研究

5．1 不同结构形式声屏障减载特性

5．1．1 声屏障减载性能评价指标

5．1．2 减载式声屏障性能评价

5．2 百叶窗式声屏障参数调查

5．2．1 百叶窗式声屏障流场特性

5．2．2 结构参数对百叶窗声屏障流场影响

5．2．3 结构参数对百叶窗声屏障减载性能影响

5．3 小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目