案例分享 | Actran在高速铁路声屏障降噪效果预测中的应用

“过去半解析公式只能粗略计算直立式非吸声屏障。目前我们可以通过Actran精确模拟声屏障复杂的形状和吸声边界，确定声屏障有效高度与结构形式，提高声屏障降噪效率。”

——胡文林博士，中国铁路设计集团有限公司减振降噪实验室研发工程师

背景

高速铁路的发展为社会带来了巨大的出行便利。而高铁运行时的噪声会对环境产生重要负面影响，噪声控制已然成为高速铁路环境治理面临的首要问题。高速铁路噪声由轮轨区噪声、车体空气动力噪声、集电系统噪声等组成，其中轮轨区是最主要的噪声来源。声屏障能有效抑制轮轨区域的噪声传播，从而降低总体噪声辐射水平，因此得到广泛应用。实际工程中，中国高速铁路大多采用2米或3米直立式声屏障，此高度来源于长期工程经验的总结和出于结构安全性等方面的考虑。

近年来，工程师试图寻找更合理的声屏障高度或更佳的几何形式，从而实现更高的降噪量和更为经济的建造成本，因此迫切需要一种精确有效的数值模拟方法指导声屏障设计改良。

行业挑战

 中国铁路设计集团有限公司（简称中国铁设，原铁道第三勘察设计院集团有限公司）减振降噪实验室主要任务是减振降噪工程技术研发（测试技术与仿真技术研发应用），减振降噪产品开发及推动工程化应用，振动、噪声测试技术服务。

 在高铁声屏障设计过程中，采用半解析公式计算声屏障降噪量（插入损失），由于不能充分描述声源和边界条件信息，导致预测结果偏差较大，因此需要能够模拟高速铁路声源特性、反映声屏障吸声系数、复杂几何形式和声学边界条件的预测方法。

 减振降噪实验室的胡文林博士表示：“在没有使用Actran之前，我们很难将声学研发融入到声屏障设计中。在设计过程中用半解析公式计算只能验证一个点声源或线生源的插入损失，不能计算复杂的几何形状和吸声边界，研究的产品也只限于直立式非吸声屏障。”

注：插入损失指保持噪声源、地形、地貌、地面和气象条件不变情况下安装声屏障前后在某特定位置上的声压级之差，是描述声屏障降噪量的指标。

解决方案

 在声屏障降噪设计过程中仿真对象主要是高速铁路辐射噪声，需要建立大尺度、外场、宽频域的模型。Actran 的无限元技术，二维模型分析技术，阻抗边界定义，多声源输入，近场远场分布云图，模拟复杂几何形状和阻抗边界等功能可以满足这些需求。胡文林补充道：“除了无限元技术外，能够模拟声屏障复杂的形状、吸声边界和顶部端头的形式（弯折、带有顶部干涉器）是我们选择这款产品的主要原因。Actran能够满足产品研发和预测降噪的需求。”