SUPERVISOR
Saeed ZeiaeiRad,Reza Tikkani
سعید ضیائی راد (استاد راهنما) رضا تیکنی (استاد راهنما)
STUDENT
Esmail Ilan Kashkooli
اسماعیل ایلان کشکولی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
TITLE
Assessment of acoustical performance of building floors under impact noise due to walking
Architects, designers and engineers are making great efforts to design acoustically-efficient metal-framed walls, minimizing acoustic bridging. Therefore, efficient simulation models to predict the acoustic insulation are needed at a design stage. Also building standards incorporating quantitative acoustical criteria to ensure adequate sound insulation are now being implemented in many countries. In this thesis, a prediction model based on Finite Element Method has been presented for impact noise of walking force in different floors of a building. Expensive experiments will be gradually replaced by prediction models which consist of three parts, input, system and output. Source of excitation is walking force as input of the model. System consists of the building floor, the air filling the rooms and rooms boundary walls. The response of the model as output is the average sound pressure level in the source (upper) and receiving (lower) room after walking force is applied on the building floor.Therefore, by using ANSYS software, the sound reduction index R for several types of stud based double-leaf walls at one-third-octave band frequency range is studied. In order to achieve this, a 3D finite element model consisting of two fluid-filled reverberation chambers, partitioned using a metal-framed wall is studied. This produces a large simulation model consisting of several millions of nodes and elements. Therefore, efficient meshing procedures are necessary to obtain better solution times and to effectively utilize computational resources. The validity of the finite element (FE) model is assessed by comparison with experimental test results carried out by other researchers in a certified laboratory. The FE modelling procedure reported in this research can be extended to other building components undergoing fluid–structure interaction (FSI) to evaluate their acoustic insulation in this contribution. Preliminary results on the application of the proposed model to study the geometric contribution of stud frames on the overall acoustic performance of metal-framed walls are also presented. The model developed can also be used to analysis the acoustically induced frequency dependent geometrical behaviour of the double-leaf wall components to optimize them for best acoustic performance. Prediction of the Sound Reduction Index (R) of partitions with structural links is a challenging problem due to the fluid-structure interaction (FSI) between the structural and fluid systems. The effect of using different mesh sizes, stud shapes, the stud thickness, the number of studs, the length of the cavity between the leaves of the floor and the thickness of leaves of the floor on the predicted sound reduction index were looked into. Finally, various forms of human walking force are studied and an appropriate form of the walking force, as the force to lightweight construction in this study was chosen. The noise comes from walking is created by the impact excitation of the same walking force of a male with common weight (70kg) and walking frequency (0.9 Hz) where the features of the foot force depends on the footwear, the heels and the frequencies of walking. The shape of the floor deflection depends rather on the geometrical walking pattern and the construction of the floor structure. As a result, the response of the system to the walking force, pressure changes in terms of time and sound pressure level in terms of dB is obtained in the centers of the upper and lower rooms. Keywords : Acoustic, Impact Noise, Double-leaf wall, Finite element method, Sound reduction index, Fluid-structure interaction (FSI), Walking
معماران، طراحان و مهندسان در حال تلاش زیادی برای طراحی دیواری با کارایی آکوستیکی مناسب هستند. از اینرو، مدلهای شبیهسازی کارآمد، برای پیشبینی عایق صوتی در روند یک طراحی میتواند بسیار مفید باشد. همچنین قوانین سختگیرانهای مربوط به عایق صوتی در ساختمان، در حال حاضر به عنوان استانداردهای ساختمانی در حال اجرا میباشند. در این پژوهش، یک مدل پیشبینی نویز ضربهای بار نیروی راه رفتن در طبقات ساختمانی، مبتنی بر روش المان محدود ارائه شده است. این مدل پیشبینی که به مرور میتواند جایگزین مناسبی برای روشهای پرهزینه تجربی باشد، از سه بخش ورودی، سیستم و خروجی تشکیل میشود. منبع تحریک که به عنوان ورودی مدل در نظر گرفته میشود، نیروی راه رفتن است. سیستم شامل طبقه ساختمانی، هوای داخل اتاقها و دیوارهای اطراف است. پاسخ مورد نظر که به عنوان خروجی مدل در نظر گرفته میشود، سطح فشار صوتی متوسط درون اتاقهای منبع و دریافت پس از اعمال نیروی راه رفتن به کف طبقه اتاق منبع است؛ بنابراین به کمک نرمافزار انسیس، شاخص کاهش صدا [1] برای چند نوع سقف دوجداره که تیرهای تقویتیای [2] در فضای بین آنها به کار رفته است در فرکانسهای مختلفی در محدوده فرکانسی یکسوم اکتاو باند بررسی میشود. برای این منظور مدل المان محدود سهبعدی صوتی-ارتعاشی [3] دو اتاق پژواک پر از هوا به همراه سقف دوجداره بین آنها بررسی میشود. این مدل شبیهسازی بزرگ متشکل از چندین میلیون گره و المان خواهد بود؛ بنابراین، با استفاده از یک مدل شبکهبندی وابسته به فرکانس، هزینههای محاسباتی بهینه میشود. صحتسنجی مدل المان محدود (FE)، از مقایسه نتایج مدل المان محدود با نتایج آزمون آزمایشگاهی حاصل میشود که به طور متوسط با خطای کمتر از سه درصد، در بخش بزرگی از بازه فرکانسی مورد بررسی، تطابق مناسبی بین این نتایج برقرار است. روش مدلسازی المان محدود ارائهشده در این گزارش میتواند جهت ارزیابی عایق صوتی، به دیگر اجزای ساختمان تحت برهمکنش هوا و سازه گسترش یابد. تخمین شاخص کاهش صدا برای سقفهای دوجداره شامل رابطهای تقویتی به دلیل وجود برهمکنش بین بخشهای سیال و سازه، مسئلهای پیچیده میشود. همچنین ضمن در نظر گرفتن اثر برهمکنش بین بخشهای سیال و سازه، تأثیر اندازهی شبکهبندی، هندسهی رابطهای تقویتی، تعداد و فاصله آنها از هم، ضخامت ورق رابطها، ضخامت جدارهای سقف دوجداره و طول کاواک در مقدار شاخص کاهش صدا بررسی میشود. در نهایت شکلهای مختلف نیروی راه رفتن انسان به طبقه ساختمانی بررسی شده و از میان آنها، یک فرم مناسب از نیروی راه رفتن، به عنوان نیروی وارد به طبقه ساختمانی سبکوزن مورد بررسی در این تحقیق، انتخاب شده است و به عنوان نتیجه، پاسخ سیستم در برابر نیروی راه رفتن، به صورت تغییرات فشار برحسب زمان و سطح فشار صوتی برحسب فرکانس در مراکز اتاقهای بالا و پایین بهدست آمده است. کلمات کلیدی : تحلیل عددی، سقفهای دوجداره، صوتی- ارتعاشی، عایق صوتی، انتقال صدا، راه رفتن، برهمکنش سازه و سیال، رابطهای تقویتی، شاخص کاهش صدا، آنالیز هارمونیک، آنالیز گذرا [1] sound reduction index (R) [2] Fixing mechanism(Stud) [3] Vibro- acoustic