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摘要:本項目的研究對象為振動臺(噪聲源),通過對振動噪聲現場的測試,收集噪聲數據資料,初步了解振動噪聲的物理特性,并建立噪聲源數據模型。根據設計圖紙,模擬現場聲環境,計算分析噪聲在建筑室內環境中的傳播及衰減,分析其對周邊環境的影響,形成可視化的模型展示,從而指導建筑隔聲減噪設計。

關鍵詞:ACTRAN聲學軟件;工業建筑室內聲環境模擬;聲場的特性

1概況

選取某單位內比較有代表性的試驗室環境進行模擬。試驗室結構主體為鋼筋混凝土結構。平面尺寸41.45m(長)×7.5m(寬)×7m(高);控制間平面尺寸30.05m(長)×3.4m(寬)×7m(高)。振臺測點位于中部右側位置,在測試時僅開啟一臺試驗設備,振臺工作面標高0.6m。由于控制間緊鄰試驗室,在振動臺工作的時候控制室的噪聲值不能過大,以保證操作人員的安全。本次計算根據振動臺工作時測試得到的噪聲值,模擬有、無吸聲措施時控制室的噪聲水平。基礎數據采集設備為COCO-80便攜式振動測試、數據采集、動態信號分析儀。

2聲學計算

2.1計算分析軟件。采用計算分析的ACTRAN軟件是比利時FFT開發的聲學軟件,ACTRAN軟件已經覆蓋聲學、振動聲學、流動聲學等方面。ACTRAN軟件基于有限元和無限元技術,用統一的方法模擬流動噪聲、振動噪聲及聲傳播問題,可計算遠場聲學響應,獲得頻譜曲線和指向性曲線等。本次采用有限元的計算方式模擬工業環境聲環境。

2.2有限元模型通過模型軟件hypermesh創建有限元模型(結構模型計算通用軟件,可直接采用結構模型進行計算)。模型中2D單元表示建筑外墻、天花板及地板,3D單元表示試驗室及控制室的空氣域。模型網格尺寸為0.3m,網格總數為129.6×104。

2.3材料屬性設置。2.3.1輕集料混凝土砌塊墻(墻圍護結構)。根據GB50003—2001《砌體結構設計規范》,外墻彈性模量選取為4E9,泊松比為0.15。2.3.2鋼筋混凝土(柱、梁、板主體結構)。根據GB50010—2010《混凝土結構設計規范》,天花板彈性模量選取為3E10,泊松比為0.2。2.3.3巖棉吸聲導納(潔凈板)。吸聲材料的吸聲系數和阻抗有如下關系式:通過吸聲系數α0可以計算出阻抗z,吸聲材料的阻抗和導納為倒數關系,從而可以計算出吸聲材料的導納值。通過吸聲系數計算得到的導納值如表1所示。

3Actran聲學計算設置

將有限元模型導入到Actran后,建立直接頻響分析。聲學求解的激勵為現場實測的聲壓值,根據現場原始實測數據共有6組實測數據(分別對應第25~第30組數據),將這6組數據進行平均化處理,作為聲學計算的激勵值。根據平均計算后的測試聲壓值,也為導入到Actran中用于聲源激勵的值,導入到Actran后如圖2所示。

4計算結果

計算當中分別考慮了廠房內部未設置和設置巖棉吸聲材料這兩種工況,聲學計算中設置的場點與實際在控制室中的測試測點相同,其頻響曲線如圖3所示。圖3表示控制室測點的聲學仿真頻響曲線,表示測點在各頻率下的聲壓級的大小。上圖中粗線為未設置巖棉吸聲材料的計算結果,細線為設置巖棉吸聲材料后的計算結果。通過計算結果對比可知,在試驗室設置了巖棉吸聲材料后,控制室測點的聲壓級有了顯著降低,無論是單頻峰值還是總聲壓級都可以取得較好的降噪效果。

4.1未設置巖棉吸聲材料。試驗室及控制室各頻率下的云圖計算結果如圖4~5所示。圖4、圖5表示試驗室和控制室各頻率下的整體聲壓云圖。在聲學求解文件的求解設置中,需要按照各部件的屬性進行相應的設置,比如根據外墻及天花板的不同材質設置相應的材料參數,根據吸聲材料的吸聲系數計算相應的導納等,待各參數設置好后,將聲學文件提交計算,Actran對聲學模型進行整體求解,得到的結果為聲學模型整體聲壓(級)云圖分布結果,即本項目中,最終計算結果為試驗室及控制室聲腔的整體云圖結果。可以看出,當計算頻率較低時,試驗室及控制室聲腔的駐波現象不太明顯,隨著計算頻率的提高,各階模態分布密集,模態疊加現象較明顯,故高階諧波的駐波現象比較明顯,且由于在計算中未考慮巖棉吸聲材料,所以各聲腔聲壓分布情況較一致,且所有聲腔整體聲壓水平較高。

4.2設置巖棉吸聲材料。試驗室及控制室各頻率下的云圖計算結果如圖6~7所示。由各頻率下的云圖6~7結果可以看出,當頻率較低時,試驗室及控制室的聲腔整體聲壓分布較均勻,這是因為計算頻率較低,空腔模態的諧波次數較少,故聲腔的聲壓分布呈現較好的整體性。隨著計算頻率的提高,聲腔模態出現高階諧波,聲波波長隨著頻率的提高而減小,故聲波在聲腔中的分布出現了較大的不均勻性。試驗室外墻下部由于設置了吸聲材料,且下部聲腔與吊頂內部聲腔幾何尺寸相差較大,故試驗室下部聲腔的聲壓分布與試驗室頂部聲腔的聲壓分布出現了較大差異;在高頻區域,由于單頻的聲波能量小、波長短,聲波在沿試驗室長度方向的衰減較快;此外,控制室與吊頂處的聲腔由于幾何尺寸的差異,導致聲腔的空腔模態不同,故這些聲腔在各頻率下的聲壓分布情況也會有較大的不同。

5結束語

工業試驗廠房內部應通過調整室內空間比例、建筑材料、隔聲措施來控制室內的聲環境。與測試頻率相近的同種振臺在200~400Hz、800~1000Hz振動頻率范圍內的影響最大。

作者:李尹 張敏 劉銘軒 單位:航天建筑設計研究院有限公司第二綜合設計院