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基于气动声学理论的喇叭型隧道缓冲结构优化

2016-10-21北京交通大学土木建筑工程学院北京100044河北工程大学土木工程学院河北邯郸056038

西南交通大学学报 2016年5期
关键词:优化结构

(1.北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;2.河北工程大学土木工程学院,河北邯郸056038)

将式(5)、(6)代入式(4)可得设置喇叭型缓冲结构的Green函数为

(1.北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;2.河北工程大学土木工程学院,河北邯郸056038)

为了有效缓解隧道空气动力学效应导致的“声爆”现象,基于气动声学理论,对带喇叭型缓冲结构的隧道入口参数进行了优化.采用Green函数求解气动声学FW-H方程,得到了隧道内初始压缩波波前的压力和压力梯度,并根据喇叭型缓冲结构的特点,对缓冲结构的横断面积函数、入口断面积和长度进行优化设计.优化结果显示:隧道内压力梯度峰值随缓冲结构长度的增大而逐渐减小;考虑经济性因素,喇叭型缓冲结构的优化长度为10倍的隧道半径,优化缓冲结构的横断面积函数、入口断面积后,可使压力曲线成线性变化,压力梯度峰值降低63.9%,可避免入口处压力突变,缓解了“声爆”等微压波现象.

气动声学;隧道;喇叭型缓冲结构;优化;压力梯度

随着高速铁路在世界各国的蓬勃发展,列车在隧道内运行产生的空气动力学问题也日益突出,受到广泛关注[1-3].当高速列车进入隧道时,产生的初始压缩波将以声速沿着隧道向前传播,在到达隧道出口处,向外辐射一低频压力脉冲,该脉冲波被称为微压波,微压波会使隧道出口周围结构产生振动,并伴有爆炸声,严重危害环境.对于铺设混凝土板式道床的长隧道,初始压缩波波前的非线性……

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