消除噪音通过材料优化改变隔音屏障

为了应对日益严重的交通噪音污染，一项新颖的研究提出了一种半解析无网格方法来优化隔音屏障的声学性能。该研究的重点是通过改进隔音屏障的形状和材料分布来提高隔音屏障的有效性。

该方法采用Burton–Miller型奇异边界法(BM-SBM)和带惩罚的固体各向同性材料(SIMP)，为传统实验方法提供了一种经济高效且精确的替代方法。研究结果表明，噪音衰减效果显著改善，为未来的隔音屏障设计提供了宝贵的见解，并有助于城市噪音管理。

交通噪音污染是重大的环境问题，随着车辆数量的增加，这一问题更加严重。长期暴露在高噪音环境中会导致失眠、高血压和心血管疾病等健康问题。

传统的评估和优化隔音屏障的方法通常成本高昂且耗时。计算技术的进步引入了更高效的基于模拟的方法。由于这些挑战，必须进行深入研究以改进隔音屏障的设计和降低交通噪音的有效性。

青岛大学和锡根大学的研究人员于2023年在《国际机械系统动力学杂志》上发表了一项研究，介绍了一种优化隔音屏障的半解析无网格方法。这种创新方法通过分析屏障形状和吸音材料分布来改善声学性能，为城市噪音污染提供更有效的解决方案。

本研究引入了半解析无网格法来评估和优化声屏障的性能。通过分析垂直、半Y形和T形等各种形状的屏障，本研究使用Burton-Miller型奇异边界法(BM-SBM)评估其声学性能。该方法简化了声阻抗边界条件，并采用移动渐近线(MMA)法来优化材料分布。

数值算例表明，T形声屏障在降噪方面优于其他声屏障，尤其是与优化分布的吸声材料结合使用时。优化过程涉及固体各向同性材料惩罚(SIMP)技术，确保高效利用材料。

结果表明，与全覆盖相比，优化的吸音材料分布显著提高了降噪效果。研究还通过与有限元法(FEM)的比较验证了BM-SBM的准确性，结果显示出良好的一致性。

青岛大学计算力学领域的顶尖专家王发杰教授表示：“我们对隔音屏障的计算优化是减轻噪音污染的一大进步。它能够以最少的材料实现更有效的噪音控制，广泛应用于噪音管理至关重要的行业。”

这项研究的结果对城市规划和公共卫生具有广泛的影响。通过优化隔音屏障的设计和材料分布，城市可以更有效地管理交通噪音，改善居民的生活质量。

这项研究还为其他嘈杂环境(如工业区和建筑工地)提供了潜在的应用。此外，半解析无网格方法提供了一种可扩展的解决方案，可以适应不同的场景，为各个领域的创新噪音控制策略铺平了道路。