8 812 123 45 67
Моделирование распространения шума через плиту перекрытия

Ограждающие конструкции зданий и сооружений проходят проверку на звукоизолирующую способность. Соответствие бетонных/железобетонных перекрытий нормам по звукоизоляции оценивается путем проведения натурных или лабораторных испытаний на воздействие воздушного и ударного шума

Испытания проводятся в соответствии с ГОСТ 27296-2012 «Методы измерения звукоизоляции ограждающих конструкций». Также данным нормативным документом регламентируются методы и аппаратура для измерения звукоизоляции. Все испытания по измерению звукоизоляции перекрытий проводятся в третьоктавном диапазоне частот от 100 Гц до 3150 Гц, так как именно в данном диапазоне частот звук воспринимается человеческим ухом. 

Лабораторные испытания проводят в специальных реверберационных помещениях, а на этапе проектирования провести натурные испытания невозможно. Именно поэтому численное моделирование звукоизолирующей способности является актуальным направлением исследований в области акустики.

В качестве демонстрации возможностей при решении акустических задач проведем сравнение звукопоглощающей способности двух плит: многопустотной плиты типа 1ПК (рисунок 1) и сплошной плиты 1П. Сравнение будет проводиться по изоляции воздушного и ударного шумов.

Рисунок 1 – Многопустотная плита

Измерение изоляции воздушного шума

В процессе моделирования и обработки результатов необходимо руководствоваться ГОСТ 27296-2012.  В соответствии с ним, воздушный шум должен представлять собой диффузное звуковое поле (звуковое поле в замкнутом объеме, образованное отражениями от поверхностей и характеризуемое равномерным распределением уровня звука и уровня звукового давления по всему объему и равновероятностью направлений прихода звуковых волн в любую точку помещения).

Для проведения виртуальных испытаний на воздействие воздушного шума используется акустический модуль Ansys Harmonic Acoustics, который содержит необходимое граничное условие Diffuse Sound Field (DSF, Диффузное звуковое поле). Данное граничное условие создает набор случайных плоских волн, направленных под случайными углами, что является прямым аналогом диффузного звукового поля в натурных условиях. 

На границах акустического домена под плитой использовано граничное условие излучения. Плита жестко закреплена по кромке. На рисунке 2 представлены действующие граничные условия и воздействия.

Рисунок 2 – Граничные условия при измерении изоляции воздушного шума

В задаче моделируется идеализированная картина звукопередачи (только через плиту перекрытия) без передачи акустических колебаний по косвенным путям – через несущие и конструктивные элементы здания (стены), а также щели и отверстия (окна, дверные проемы). 

В качестве результатов расчетов выступают спектры изоляции воздушного шума в третьоктавной полосе частот (рисунок 3).  Спектр изоляции представляет собой распределение значений изоляции воздушного шума почастотно (на каждой из частот третьоктавного диапазона).

Рисунок 3 – Спектры изоляции воздушного шума

Используя полученные распределения изоляции, можно качественно сравнить звукопоглощающую способность рассматриваемых плит. Таким образом, определяем, что сплошная плита обладает лучшей изоляционной способностью на более высоких частотах (от 400 Гц до 2000 Гц), чем многопустотная.

Также, используя полученные результаты, можно провести оценку изоляционной способности перекрытий одним числом – определить индекс изоляции воздушного шума в соответствии с методикой, приведенной в ГОСТ 27296-2012. Для рассматриваемых плит индексы изоляции воздушного шума составляют 66 дБ и 68 дБ соответственно для сплошной и многопустотной плит. 

Таким образом, звукоизоляционная способность по воздушному шуму для сплошной и многопустотной плит почти одинакова. Однако, многопустотная плита является более оптимальным выбором, так как она пригодна для прокладывания в ее отверстиях различных коммуникаций.

Измерение изоляции ударного шума

Для испытаний по определению изоляционной способности плиты к ударному шума используются специализированные ударные машины. 

В расчетной модели нам необходима только часть этой ударной машины, а именно тело молотка, он изображен на рисунке 4 и представляет собой цилиндр со сферической ударной частью.

Рисунок 4 – Граничные условия при измерении изоляции ударного шума

Для моделирования распространения ударного шума и получения результирующего акустического давления использован модуль Ansys Transient Structural. Расчетная модель состоит из плиты перекрытия и акустической области (домена), в которой моделируется распространение акустических колебаний. На границах акустического домена использованы граничные условия излучения. Аналогичные граничные условия использованы для многопустотной плиты перекрытия.

В испытаниях плит на воздействие ударного шума по ГОСТ 27296-2012 молоток устанавливают на высоте 40 мм.

Распределение уровня ударного шума в заданной частотной области получено преобразованием Фурье колебаний давления во временной области (рисунок 5).

Рисунок 5 – Спектры уровня звукового давления

Исходя из результатов расчета на изоляцию ударного шума, уровень звукового давления за многопустотной плитой выше, чем за сплошной. Это говорит о том, что многопустотная плита хуже поглощает воздействие ударного шума.

Заключение

Рассмотренный пример охватывает только небольшую часть из огромного перечня задач акустики, которые можно решить с использованием Ansys. В рамках строительства это расчеты изоляции не только бетонных междуэтажных перекрытий, но и ограждающих конструкций с окнами, дверьми и изоляционными покрытиями.

Рассматривая другие области применения моделирования акустики, можно отметить следующие интересные задачи: минимизация шума от машин и механизмов на рабочих местах, задачи распространения акустических колебаний под водой, моделирование акустики концертных залов, моделирование акустики звукозаписывающих студий и прочее.  

 

вернуться к списку новостей
Рассчитать стоимость онлайн
Сообщите основную информацию о вашей задаче, ответьте на несколько вопросов и мгновенно получите оценку трудоемкости актуальной для вас инженерной задачи.
Узнать цену
Связанные новости
17 октября 2022

Эксперты АО «ЦИФРА» выступили на нефтегазовой конференции АО «ТомскНИПИнефть»

Специалисты АО «ЦИФРА» приняли участие в V научно-технической конференции «Технологии обустройства нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений», организованной АО «ТомскНИПИнефть». Событие состоялось 20-21 сентября 2022 года и стало местом встречи учёных и практиков, проектировщиков и представителей служб эксплуатации – специалистов, представляющих наиболее актуальные разработки в сфере обустройства, подготовки нефти и газа.
Новости
12 октября 2022

Отзывы стажеров 2021-2022

Продолжаем публиковать отзывы молодых специалистов, прошедших полный курс стажировки и стали сотрудниками компании.
Новости
Связанные публикации в блоге
15 июня 2022

Расчет прочности внешнего корпуса насоса по ASME BPVC VIII

На сегодняшний день крупнейшими производителями сосудов и аппаратов, работающих под давлением, является Китай, Германия, Канада, Великобритания, Россия и другие. Оборудование, изготавливаемое этими странами, поставляется и применяется по всему миру. При этом в каждой эксплуатирующей стране разработана своя нормативно-техническая база. Проблема заключается в том, что все нормы весьма разнородны по своему статусу и не образуют единой системы.
Блог
21 апреля 2022

Ткань против пули. Математическое моделирование испытаний бронеткани согласно ГОСТ 34286-2017

Бронеодеждой или БО согласно ГОСТ 34286-2017 называют средства индивидуальной броневой защиты, выполненные в виде пальто, накидок, плащей, костюмов, курток, брюк, комбинезонов, жилетов и т.п., предназначенные для периодического ношения с целью защиты туловища и (или) конечностей человека (за исключением стоп ног и кистей рук) от воздействия холодного оружия и огнестрельного стрелкового оружия, а также поражения осколками (далее - средства поражения). БО применяется тогда, когда может потребоваться защита жизни и здоровья человека. Она классифицируется и для нее проводятся испытания согласно назначенным классам.
Блог
Связанные вебинары
23 июля 2020

Применение компьютерного моделирования при ремонте и модернизации судов

В рамках Договора о научно-техническом сотрудничестве между АО «ЦНИИМФ» и АО «ЦИФРА» на данном вебинаре заведующий отделом конструктивной надежности и защиты судов от коррозии АО «ЦНИИМФ» Алексей Петров расскажет об имеющемся опыте и перспективах использования компьютерного моделирования для решения различных задач, связанных с ремонтом или модернизацией судов в эксплуатации.
Вебинары
3 июня 2020

Моделирование и расчёт композитных конструкций при динамическом нагружении

АО "ЦИФРА" объявляет о проведении серии лекций-вебинаров от ведущих приглашенных экспертов в области численного моделирования. В ходе первого вебинара данной серии будут рассмотрены вопросы прочностного анализа «легких» (lightweight) композитных конструкций при динамическом нагружении с использованием явных решателей (сеточного и бессеточного) ПО LS-DYNA.
Вебинары
Сделайте заказ
Изменить файл
Поля, отмеченные звездочкой (*) обязательны для заполнения.
Успешно отправлено! Наш специалист свяжется с Вами в ближайшее время!