CN111851332A - 一种基于声学黑洞的轨旁声屏障 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于声学黑洞的轨旁声屏障，它包括顶板、竖板、声学黑洞结构和阻尼元件；所述竖板的内表面设置有声学黑洞结构，所述的声学黑洞结构由黑洞区域和边缘区域两部分组成；所述黑洞区域为从竖板内侧到外侧的倾斜度逐渐变小的区域；所述的边缘区域为黑洞区域以指数函数递减的最小厚度的垂直区域，所述的阻尼元件固定在边缘区域。本发明利用声学黑洞效应，无需对轨道结构进行削弱，便可以有效降低轮轨噪声，实现高效的能量吸收和降噪效果。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通的降噪技术领域，尤其涉及一种基于声学黑洞的轨旁声屏障。
背景技术
随着社会的发展，环境噪声直接关系到人们的生活质量，甚至对人的生理和心理健康也有重要影响，人民越来越重视噪声的控制问题。在轨道交通领域，噪声已经成为影响沿线区域声环境的重要污染源，其中轮轨噪声在轨道交通噪声中占有很大比重。
为了降低轮轨噪声，研究者和工程师提出了弹性车轮、车轮阻尼贴片、钢轨弹性减振垫、弹性扣件等技术，分别应用隔振和吸振等原理，降低车轮和钢轨的振动，减少振动的辐射声；这些控制轮轨噪声的装置由于安装在轮毂或钢轨上，会对列车行驶的安全以及线路通讯信号的正常工作产生影响；声学黑洞技术的应用通常需要在原有结构上进行去除、挖洞等操作来削弱结构厚度达到减振的目的，这不仅改变了原有的工程结构，极大的降低了结构的强度和刚度，还严重影响了结构的功能；因此，在不影响轨道结构基础上，将声学黑洞技术应用于轮轨降噪是亟待解决的问题。
发明内容
为了克服背景技术所述的问题，本发明提供一种基于声学黑洞的轨旁声屏障，既能达到降噪吸声的目的，还能解决声学黑洞技术对降低结构强度和刚度等一系列问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。
一种基于声学黑洞的轨旁声屏障，它包括顶板、竖板、声学黑洞结构和阻尼元件。所述竖板的内表面设置有声学黑洞结构；所述的声学黑洞结构由黑洞区域、边缘区域两部分组成；所述黑洞区域为从竖板内侧到外侧的倾斜度逐渐变小的区域；所述的边缘区域为黑洞区域以指数函数递减的最小厚度的垂直区域；所述的阻尼元件固定在边缘区域。
作为优选的设计方案，所述声学黑洞结构的横截面为圆环形。
作为优选的设计方案，所述阻尼元件粘附于所述边缘区域。
作为优选的设计方案，所述黑洞区域厚度不断递减至零，形成圆柱形通孔，所述阻尼元件填充于所述边缘区域。
作为优选的设计方案，所述的阻尼元件的材料为丁基橡胶、聚氨酯泡沫或者高阻尼合金。
作为优选的设计方案，所述的竖板通过螺栓固定在轨道板上。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：
（1）本发明将声学黑洞技术运用于轨道结构中，利用声学黑洞效应可以将噪声的能量转移到声学黑洞结构内部，通过阻尼元件实现对振动能量的吸收和耗散，达到降噪的目的。声学黑洞结构对轨道结构进行宽带减振降噪，尤其对钢轨高频振动噪声有很好的控制作用。
（2）本发明能够直接固定在轨道板上，没有破坏轨道结构的强度和刚度，即可在工程结构上形成声学黑洞结构，应用方便。
（3）顶板不仅使更加的噪声被声学黑洞结构吸收，而且能够很好的保护声学黑洞结构，也可以很方便实现对阻尼元件的更换。
附图说明
图1是本发明提供的一种基于声学黑洞的轨旁声屏障的结构原理示意图。
图2是本发明提供的一种基于声学黑洞的轨旁声屏障的结构原理侧视图。
图3是本发明提供的一种基于声学黑洞的轨旁声屏障的声学黑洞结构截面构造示意图。
图4是本发明提供的一种基于声学黑洞的轨旁声屏障的使用示意图。
图5是本发明提供的一种基于声学黑洞的轨旁声屏障的使用俯视图。
图中1为顶板，2为竖板，3为声学黑洞结构，4为阻尼元件，5为钢轨，6为扣件，7为轨道板，3-1为黑洞区域，3-2为边缘区域。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
下面以一个实施例对本发明的一种基于声学黑洞的轨旁声屏障进行具体描述，请参阅图1-2所示，本发明提供的一种基于声学黑洞的轨旁声屏障，包括顶板1，竖板2，声学黑洞结构3，阻尼元件4；竖板2的内表面设置有声学黑洞结构3；该声学黑洞结构3由黑洞区域3-1和边缘区域3-2两部分组成，黑洞区域3-1为从竖板2开口到底部的倾斜度逐渐变小的区域，边缘区域3-2为黑洞区域3-1以指数函数递减的最小厚度的垂直区域，阻尼元件4固定在边缘区域3-2。
如附图3所示，所述声学黑洞结构3的下表面为x轴，两个声学黑洞结构3的对称轴为y轴，满足：
其中x为板上不同点，y(x)为点x对应的值，m为厚度变化阶次，ε为变化系数。
声学黑洞结构3从黑洞区域3-1到边缘区域3-2厚度以指数函数逐渐减小，当厚度减小时，弹性波累积相位将逐渐增大，波速逐渐减小，当弹性波传播到厚度最薄的边缘区域3-2处，弹性波累积相位达到最大，波速减至最小，振动幅值达到最大，通过粘附在边缘区域3-2上的阻尼元件4，达到能量吸收或吸声降噪的目的。
顶板1设在声学黑洞结构3的上部，可以将声学黑洞结构3保护起来，避免结构在服役期间发生损坏和使用安全。
如附图4-5所示，本发明安装在轨道板7靠近边缘位置处，竖板2的高度应高于钢轨5轨头的高度，竖板2通过螺栓固定在轨道板7上，有声学黑洞结构3的一侧应朝向钢轨5。
本发明的工作原理如下：
在列车经过时，会引起整个轨道结构的振动并产生轮轨噪声，噪声在空气中振动并向外传播，当传递到本结构时，声学黑洞结构3内部出现弹性波，弹性波通过黑洞区域3-1传到厚度最薄的边缘区域3-2处，由于黑洞区域3-1的结构厚度逐渐减小，弹性波累积相位将逐渐增大，波速逐渐减小，当弹性波传播到厚度最薄的边缘区域3-2处，弹性波累积相位达到最大，波速减至最小，振动幅值达到最大，利用粘贴在边缘区域3-2上的阻尼元件4，实现对俘获的振动能量进行耗散，从而实现降低轮轨噪声的作用。
应当理解，以上所述只是用图解说明本发明一种基于声学黑洞的轨旁声屏障的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故在不脱离本发明的范围，凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
Claims (6)
1.一种基于声学黑洞的轨旁声屏障，它包括顶板（1）、竖板（2）、声学黑洞结构（3）和阻尼元件（4）；所述竖板（2）的内表面设置有声学黑洞结构（3），所述的声学黑洞结构（3）由黑洞区域（3-1）、边缘区域（3-2）两部分组成，所述黑洞区域（3-1）为从竖板（2）内侧到外侧的倾斜度逐渐变小的区域，所述的边缘区域（3-2）为黑洞区域（3-1）以指数函数递减的最小厚度的垂直区域，所述的阻尼元件（4）固定在边缘区域（3-2）。
2.根据权利要求1所述的一种基于声学黑洞的轨旁声屏障，其特征在于：所述竖板（2）的高度高于列车车轴的高度。
3.根据权利要求1所述的一种基于声学黑洞的轨旁声屏障，其特征在于：所述声学黑洞区域（3-1）的内壁横截面为圆环形。
4.根据权利要求1所述的一种基于声学黑洞的轨旁声屏障，其特征在于：所述边缘区域（3-2）为圆柱形通孔，所述阻尼元件（4）填充在通孔中。
5.根据权利要求1所述的一种基于声学黑洞的轨旁声屏障，其特征在于：所述竖板（2）通过螺栓固定于轨道板上。
6.在根据权利要求1所述的一种基于声学黑洞的轨旁声屏障，其特征在于：所述阻尼元件（4）的材料为吸振吸声材料。
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Publications (1)
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Country Status (1)
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2020
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