CN108867425B - 一种隧道主动式吸振吸附式多重声屏障 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种隧道主动式吸振吸附式多重声屏障，其特征在于：它包括一重声屏障管片、二重声屏障管片、组合式锚杆、颗粒阻尼组件、皿型基底、局域共振型散射体、橡胶套环、传动杆。本发明整体结构简单、制造方便，可在高铁隧道、地铁隧道、城市隧道中布置，特别的在地铁隧道中可以进行包裹式布置，可以有效的吸收由于轨道不平顺引起的轮轨振动和噪声对周围环境的影响，有效的降低列车在运行过程中的车内噪声，为乘客和驾驶员提供更加舒适的乘坐与工作环境。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种吸振器，属于振动降噪技术领域，具体涉及一种基于颗粒阻尼与声子晶体的隧道主动式吸振吸附式多重声屏障。
背景技术
在现有的高铁隧道、地铁隧道、城市隧道振动控制措施中，多采用在轨道结构上的隔振降噪技术，所达到的技术标准有限，有时候不能满足现有的振动噪声控制标准，更不能主动的控制辐射出去的弹性波，无法达到技术标准的要求，需要知道的是，在已有的振动控制措施中，振动并不能完全消失，只能通过这种技术对振动进行削弱，直至振动的效应处在我们允许的范围内。
声子晶体是由两种或两种以上弹性介质按不同晶格周期列复合的材料。在声子晶体中，密度和弹性常数不同的材料按结构周期性复合在一起，相互不连通的材料称为散射体，连通为一体的材料称为基体。声子晶体最重要的一个特性就是带隙特性：弹性波在声子晶体中传播时，受其内部周期结构的作用，形成特殊的色散关系即能带结构，色散关系曲线之间的频率范围称为带隙，在这个频率范围内弹性波无法传播。利用其带隙性质，可设计出全新隔振、降噪材料，所以声子晶体在工程领域有着广泛的应用前景。
声子晶体理想周期结构的破坏称为缺陷。缺陷按其维数一般可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。二维声子晶体的缺陷主要由周期结构中移除任意一条线上位置的散射体，从而组成“线缺陷”结构，将振动引导向某一条线传播。
颗粒阻尼是一种振动被动控制新技术。该技术利用结构上现存的或附加的空腔，将颗粒体填入其中，结构振动时颗粒体产生碰撞和摩擦，将机械能转化为热能和声能，产生阻尼效应；同时颗粒体与结构间的动量交换也能起到抑制振动的作用。
为了能较好的控制辐射出去的弹性波，需要有更加有效的措施。因此，通过应用声子晶体结构与颗粒阻尼的特性，达到主动的控制辐射出去的弹性波的作用，使得满足技术标准的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有效的降低高铁隧道、地铁隧道、城市隧道中振动噪声的一种基于颗粒阻尼与声子晶体的隧道主动式多重声屏障。
具体而言，本发明的目的在于提供一种基于颗粒阻尼与声子晶体的隧道主动式多重声屏障，其特征在于：它包括一重声屏障管片1、二重声屏障管片2、组合式锚杆3、颗粒阻尼组件4、皿型基底5、局域共振型散射体6、橡胶套环7、传动杆8。
进一步的，其特征在于：在一重声屏障管片1边角上通过组合式锚杆3将其与二重声屏障管片2相连接，然后通过组合锚杆3固定在隧道壁上。
进一步的，其特征在于：皿型基底5通过黏贴的方式均布满整个声屏障管片1、2。
进一步的，其特征在于：局域共振型散射体6有规律的排布在皿型基底5上，在皿底处连接有传动杆8，传动杆8穿过皿型基底5与声屏障管片1、2与颗粒阻尼组件4相连接，在穿过声屏障管片1、2处表面套上橡胶套环7，一方面可以将传动杆固定在声屏障管片1、2上，另一方面可以防止传动杆8与声屏障管片1、2的碰撞，防止结构破损。
进一步的，其特征在于：声屏障管片1、2的半径与隧道洞径有直接关系，可根据洞径大小适度调节，管片开口弧度为60度。
进一步的，其特征在于：组合式锚杆3直径为30mm-50mm，通过螺纹的形式与管片相连接，在一重声屏障管片1与二重声屏障管片2连接处通过螺栓连接。
进一步的，其特征在于：颗粒阻尼组件4为球体结构，直径20mm-25mm，内部为中空，在其内部通过金属丝9悬挂有三枚金属小球10，金属丝9的长度要求达到不影响金属小球10的碰撞且保证相邻两颗金属小球10不会缠绕在一起。在球体结构中填充金属粉11，金属粉11可以采用常见的易得到的材料制成，金属粉颗粒直径0.01mm-0.1mm。
进一步的，其特征在于：局域共振型散射体6为周期均布皿型基底5上的双层薄片结构。
进一步的，其特征在于：传动杆8为钢材或高分子材料制成，要求具有高的强度和刚度，具有好的抗腐蚀和衰老的特性。
进一步的，其特征在于：传动杆8在与皿型基底5相连接处，相接处为一层铝片，起到封闭传动杆8与传递振动的作用。
进一步的，其特征在于：一重声屏障管片1与二重声屏障管片2由泡沫混凝土制成。
进一步的，其特征在于局域共振型散射体6在皿型基底5有规律的排布，其中引入线缺陷，线缺陷的方向指向皿型基底5中心处。
进一步的，其特征在于：局域共振型散射体6由一层铝片12在其外围包裹一层橡胶材料13。
进一步的，其特征在于：由于一重声屏障管片1与二重声屏障管片2的开口角度一样，但是二重声屏障管片的弧长较一重声屏障管片的弧长长，特需说明的是，在其上布置的皿型基底5的排布与结构一致，二重声屏障管片2上的皿型基底5与局域共振散射体6较一重声屏障管片的尺寸略大，以便在二重声屏障管片2上出现不同带隙，吸收与隔绝不同频带的弹性波。皿型基底5与局域共振散射体6的尺寸由一重声屏障管片1与二重声屏障管片2与所要控制的弹性波决定。
附图说明
图1是本发明的一种基于颗粒阻尼与声子晶体的隧道主动式多重声屏障结构示意图。
图2是图1中组合式锚杆3的示意图。
图3是图1中颗粒阻尼组件4的示意图
图4是图1中皿型基底5的示意图，其中A为俯视图；B为剖视图。
图5是图3中局域共振型散射体6的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
具体实施方式一：结合图1-图4说明，本实施方式的本发明的目的在于提供一种基于颗粒阻尼与声子晶体的隧道主动式多重声屏障，以圆形隧道中为例，其特征在于：它包括一重声屏障管片1、二重声屏障管片2、组合式锚杆3、颗粒阻尼组件4、皿型基底5、局域共振型散射体6、橡胶套环7、传动杆8。
图中示出了两重，但是也可以三重或更多，其中优选地，各屏障管片相互之间的带隙不同。
优选的，在一重声屏障管片1边角上通过组合式锚杆3将其与二重声屏障管片2相连接，然后通过组合锚杆3固定在隧道壁上，选择在声屏障管片边角上能更好的将其固定，且尽可能少的破坏一重声屏障管片与二重声屏障管片的整体结构。
皿型基底5为具有圆滑的弧线的凹槽形状，优选的，经过试验发现，基底的厚度满足h(x)＝αxm,m≥2时，该皿型基底5表面的形状对声音的屏障效果更好。其尺寸通过一重声屏障管片与二重声屏障管片的尺寸来控制，多个皿型基底5通过粘贴布满一重声屏障管片1与二重声屏障管片2表面。优选的，皿型基底5与局域共振散射体6的尺寸由一重声屏障管片1与二重声屏障管片2与所要控制的弹性波决定。
优选的，局域共振型散射体6有规律的排布在皿型基底5上，排布在对着振动源一侧，在皿底处连接有传动杆8，传动杆8穿过皿型基底5与声屏障管片1、2与颗粒阻尼组件4相连接，在传动杆8穿过声屏障管片1、2处表面套上橡胶套环7，一方面可以将传动杆8固定在声屏障管片1、2上，另一方面可以防止传动杆8与声屏障管片1、2的碰撞，防止结构破损。
优选的，声屏障管片1、2的曲率半径与隧道洞径有直接关系，可根据洞径大小适度调节，管片开口弧度为60度。
优选的，组合式锚杆3直径为30mm-50mm，通过螺纹的形式与管片相连接，在一重声屏障管片1与二重声屏障管片2连接处通过螺栓连接。
优选的，颗粒阻尼组件4为球体结构，直径20mm-25mm，内部为中空，在其内部通过金属丝9悬挂有三枚金属小球10，金属丝9的长度要求达到不影响金属小球10的碰撞且保证相邻两颗金属小球10不会缠绕在一起。在球体结构中填充金属粉11，金属粉11可以采用常见的易的到的材料制成，金属粉颗粒直径0.01mm-0.1mm。通过金属小球10之间的相互碰撞与金属小球10与金属粉11之间的碰撞和摩擦，将通过传动杆8传递的机械能转化为热能，产生阻尼效应。
优选的，局域共振型散射体6为周期均布皿型基底5上的双层薄片结构。局域共振型散射体6由一层铝片12在其外围包裹一层橡胶材料13。
优选的，传动杆8为钢材或高分子材料制成的空心杆，在保证很好的传递振动的同时尽量降低成本与整体质量，要求具有高的强度和刚度，具有好的抗腐蚀和衰老的特性。
优选的，传动杆8在与皿型基底5相连接处，相接处为一层铝片，起到封闭传动杆8与传递振动的作用。
优选的，一重声屏障管片1与二重声屏障管片2由泡沫混凝土制成。
优选的，局域共振型散射体6在皿型基底5有规律的排布，其中引入线缺陷，线缺陷的方向指向皿型基底5中心处。
下面结合附图说明本申请屏障结构的工作过程：
当弹性波辐射到一重声屏障管片1上时，由于声子晶体的带隙作用，会隔绝一定频带的弹性波，其余的弹性波会经过传动杆8与一重声屏障管片1传递到颗粒阻尼组件4，颗粒阻尼会耗散掉部分弹性波能量。
剩余当弹性波辐射到二重声屏障管片2上时，由于声子晶体的带隙作用且与一重声屏障管片1上的局域共振散射体6带隙不同，会隔绝剩余弹性波中一定频带的波，其余的弹性波会经过传动杆8与二重声屏障管片2传递到颗粒阻尼组件4，颗粒阻尼会耗散掉部分弹性波能量。
需要说明的是，上述实施例同样适合在不同截面的隧道结构中，只需根据需求对声屏障尺寸做出略微调整即可。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于颗粒阻尼与声子晶体的隧道主动式吸振吸附式多重声屏障，其特征在于：它包括一重声屏障管片、二重声屏障管片、组合式锚杆、颗粒阻尼组件、皿型基底、局域共振型散射体、橡胶套环、传动杆；
其中，在一重声屏障管片边角上通过组合式锚杆将其与二重声屏障管片相连接，然后通过组合式锚杆固定在隧道壁上；
皿型基底通过黏贴的方式均布满整个所述一重声屏障管片和所述二重声屏障管片；
局域共振型散射体有规律的排布在皿型基底上，在皿型基底的皿底处连接有传动杆，传动杆穿过皿型基底与声屏障管片及颗粒阻尼组件相连接，传动杆在穿过一重声屏障管片、二重声屏障管片处表面套有橡胶套环；
其中，所述颗粒阻尼组件为球体结构，直径20mm-25mm，内部为中空，在其内部通过金属丝悬挂有三枚金属小球，金属丝的长度要求达到不影响金属小球的碰撞且保证相邻两颗金属小球不会缠绕在一起；在球体结构中填充金属粉，金属粉颗粒直径0.01mm-0.1mm。
2.根据权利要求1所述的一种基于颗粒阻尼与声子晶体的隧道主动式吸振吸附式多重声屏障，其特征在于：一重声屏障管片、二重声屏障管片的半径根据隧道洞径大小适度调节，管片开口弧度为60度。
3.根据权利要求1所述的一种基于颗粒阻尼与声子晶体的隧道主动式吸振吸附式多重声屏障，其特征在于：组合式锚杆直径为30mm-50mm，通过螺纹的形式与一重声屏障管片及二重声屏障管片相连接，在与一重声屏障管片、二重声屏障管片的连接处通过螺栓连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于颗粒阻尼与声子晶体的隧道主动式吸振吸附式多重声屏障，其特征在于：一重声屏障管片与二重声屏障管片由泡沫混凝土制成。
5.根据权利要求4所述的一种基于颗粒阻尼与声子晶体的隧道主动式吸振吸附式多重声屏障，其特征在于：局域共振型散射体由一层铝片在其外围包裹一层橡胶材料。
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