Расчет прочности и устойчивости шумозащитных пеноалюминиевых экранов

Туркина Н.Р., Син Шибо, Го Минсюй

Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова, Санкт-Петербург

Ключевые слова: пеноалюминий, стальная сэндвич-панель, шумозащитный экран, ветровая нагрузка, расчет на прочность, сейсмический отклик.

Аннотация. Для исследования напряженно-деформированного состояния и акустических характеристик пеноалюминиевых композитных шумозащитных экранов при различной высоте и различных видах нагрузок были построены конечно-элементные модели высотой 2 м, 4 м и 6 м. В расчётах прочности пеноалюминий рассматривался как эквивалентный линейно-упругий материал, в акустических расчётах его свойства описывались с использованием модели пористой среды Джонсона-Шампу-Аллара (JCA). Были выполнены следующие виды расчетов: статический расчёт под действием силы тяжести, расчёт при совместном действии силы тяжести и поперечной ветровой нагрузки, расчёт временного отклика при сейсмическом воздействии величиной 0,2g (ускорение, равное 20% от силы земного притяжения 9,81 м/с2), а также двумерный расчёт шумоподавления при воздействии точечного источника звука в диапазоне 20-3000 Гц. Результаты показали, что деформация конструкции под действием силы тяжести незначительна, а ветровая нагрузка является основным фактором, определяющим статический отклик. С увеличением высоты шумозащитного экрана пиковое перемещение модели высотой 6 м при сейсмическом воздействии возрастает более заметно, при этом значения снижения шума также увеличиваются. Полученные результаты могут быть использованы в качестве основы для проектирования конструкции и оптимизации акустических параметров пеноалюминиево-стальных композитных шумозащитных экранов.

Strength and stability analysis of noise barriers made of aluminum foam

Turkina N.R., Sin Shibo, Guo Mingxu

Baltic State Technical University "VOENMEH" n.a. D.F. Ustinov, Saint-Petersburg

Keywords: aluminum foam, steel sandwich panel, noise barrier, wind load, structural analysis, seismic response.

Abstract. To investigate the stress-strain state and acoustic characteristics of aluminum foam composite noise barriers under various heights and loading conditions, finite element models with heights of 2 m, 4 m, and 6 m were developed. In the structural strength calculations, the aluminum foam was treated as an equivalent linear-elastic material, whereas in the acoustic calculations, its properties were described using the Johnson–Champoux–Allard (JCA) porous medium model. Analyses were performed to determine the static response under gravity, the response under the combined action of gravity and transverse wind load, and the transient response to a 0.2g seismic event; additionally, a two-dimensional analysis of insertion loss was conducted for a point sound source in the 20-3000 Hz range. The results indicated that structural deformation due to gravity is negligible, while wind load is the primary factor determining the static response. As the height of the noise barrier increases, the peak seismic displacement of the 6-meter-high model rises more significantly, while its broadband insertion loss also increases. The obtained results can be used as a basis for the structural design and optimization of the acoustic parameters of aluminum foam–steel composite noise barriers.