[发明专利]一种基于活动加筋条的抗声爆隔音窗及其设计方法

权利要求书

1.一种基于活动加筋条的抗声爆隔音窗，其特征在于包括窗体、边框、至少一组加筋单元和用于控制加筋单元的控制单元，其中窗体和边框组成隔音窗，一对加筋条构成一组加筋单元，该成对的加筋条夹持于窗体的内、外表面且该加筋条的轴线始终平行于窗体的底边，该控制单元根据计算结果及预设参数控制加筋单元作平行于窗体底边的上下移动。

2.针对权利要求1所述的一种基于活动加筋条的抗声爆隔音窗的设计方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、建立加筋板结构的瞬态声振响应方程，用于模拟任意边界条件以及任意位置加筋处理的隔音窗：

使用公式计算隔音窗的瞬态声振响应，包括振动位移、振动速度、振动加速度和透射声压，

上述公式的推导基于时域有限元法和时域瑞利积分法，其中，{U}、和为全局节点位移、节点速度和节点加速度；p(ξ,t)为瞬时透射声压；{p₀(t)}为瞬时入射声压（比如“声爆”噪声）；作为转换矩阵可将入射声压转换为等效节点力；ü为加筋板各点的法向加速度，可由节点加速度推导获得；ρ₀为空气密度；S_p为加筋板面积；σ_H为半空间的基本声压函数；{M}为加筋板结构的整体质量矩阵，由母板的单元质量矩阵{M_p}_e和加筋单元的等效单元质量矩阵{M_s}_e所组成；{K}为加筋板结构的整体刚度矩阵，由母板的单元刚度矩阵{K_p}_e、加筋单元的等效单元刚度矩阵{K_s}_e和支撑边界的等效单元刚度矩阵{K_b}_e所组成，其中：

{M_p}_e=ρ_ph∫∫{N}^T{H_p}{N}dxdy，

{M_s}_e=∫(σ_s{N}^T{N})dl_se，

{K_p}_e=∫∫{B_p}^T{D_p}{B_p}dxdy，

{K_s}_e=∫(k_ts({N}^T{N})+k_rs({N_y}^T{N_y}))dl_se，

{Kb}e=∫(ktb{Nw}T{Nw}+krb{∂Nw∂n→b}T{∂Nw∂n→b})dΓb,]]>

其中，ρ_p为母板材料密度，h为母板厚度，{B_p}为母板应变矩阵，{D_p}为母板抗弯刚度矩阵，{H_p}为关于h的对角矩阵函数，{N}为单元形函数，σ_s为由加筋单元引入的等效线密度，l_se为加筋单元的等效单元轴；k_ts和k_rs为加筋单元的参数，分别代表加筋单元的横向刚度和转动刚度；k_tb和k_rb为支撑边界的参数，分别代表加筋板结构支撑边界的横向刚度和转动刚度，为加筋板单元的边界轮廓Γ_b的单位法向量，上述各量可由加筋板结构的各项参数推导获得，包括：母板形状、母板尺寸、母板材料、边界条件、加筋条材料、加筋单元的个数、加筋单元的作用位置；

k_tb和k_rb为支撑边界的参数，这些参数可以是常数也可以是位置的函数，通过改变这些参数可实现对任意边界条件的模拟；

k_ts和k_rs分别为加筋单元的横向刚度和转动刚度，l_se为加筋单元的等效单元轴，通过改变加筋单元的参数k_ts、k_rs和l_se，可实现对任意位置、强度的加筋处理的模拟；

步骤2、给定隔音窗的已知参数，包括窗体尺寸、窗体材料和窗体边界条件；

步骤3、设定隔音窗所用加筋单元的设计参数，包括加筋单元个数和加筋条材料，设定加筋条的轴线始终平行于窗体的底边；

步骤4、给定声爆噪声的时域波形和声爆发生的大致时间；

步骤5、根据步骤2的隔音窗已知参数、步骤3的加筋单元3设计参数以及步骤4的声爆噪声时域波形，运用步骤1的瞬态声振响应方程，计算出不同加筋位置下隔音窗的瞬态声振响应，并对步骤5的计算结果进行评价分析，筛选出最佳的加筋位置，得到加筋单元至窗体底边的距离H；

步骤6、根据步骤3的设计参数在隔音窗上设置可移动加筋单元；

步骤7、控制单元根据步骤5计算获得的加筋单元至窗体底边的距离H对加筋单元实施控制，控制单元根据声爆发生的大致时间，在声爆发生之前控制加筋单元上行或下行至距离窗体底边为H的位置，其余时间则控制加筋单元移动到窗体的上或下边缘位置。

3.根据权利要求2所述的一种基于活动加筋条的抗声爆隔音窗的设计方法，其特征在于：对步骤5的计算结果采用指标EX_t和EX_op进行评价分析，其中EX_t为振动加速度超过Hubbard tactile阈值的量值和EX_op为声压超过oppressive and vibration阈值的量值，指标EX_t和EX_op的计算方法具体如下：

EXt=10lg(Σf{[Rt(f)-Tt(f)]×z}EXtref),]]>wherez=1,whenRt(f)-Tt(f)>00,else]]>

EXop=10lg(Σf{[Rop(f)-Top(f)]×z}EXopref),]]>wherez=1,whenRop(f)-Top(f)>00,else]]>

其中，R_t(f)为窗体振动加速度的频谱方值，R_op(f)为窗体透射声压的频谱方值，T_t(f)为Hubbard tactile阈值方值，T_op(f)为oppressive and vibration阈值方值，为EX_t参考值，为EX_op参考值，由此计算得到的EX_t和EX_op是基于人体感受的评价指标，它们的值越大表示声爆噪声对室内居民的危害和干扰越严重，反之，危害和干扰越小。