Con el objetivo de combatir la creciente contaminación acústica del tráfico, un novedoso estudio presenta un método sin malla semianalítico para optimizar el rendimiento acústico de las barreras acústicas. La investigación se centra en mejorar la eficacia de estas barreras refinando su forma y distribución de materiales. Utilizando el método de frontera singular de tipo Burton-Miller (BM-SBM) y un material isotrópico sólido con penalización (SIMP), este enfoque ofrece una alternativa rentable y precisa a los métodos experimentales tradicionales. Los hallazgos demuestran mejoras significativas en la atenuación del ruido, proporcionando información valiosa para futuros diseños de barreras acústicas y contribuyendo a la gestión del ruido urbano.
La contaminación acústica del tráfico es un grave problema medioambiental, agravado por el aumento del número de vehículos. La exposición prolongada a altos niveles de ruido puede causar problemas de salud como insomnio, hipertensión y enfermedades cardiovasculares. Los métodos tradicionales para evaluar y optimizar las barreras acústicas suelen ser costosos y llevar mucho tiempo. Los avances en las técnicas computacionales han introducido enfoques más eficientes basados en la simulación. Debido a estos desafíos, es fundamental realizar una investigación exhaustiva para mejorar el diseño y la eficacia de las barreras acústicas en la reducción del ruido del tráfico.
Investigadores de la Universidad de Qingdao y la Universidad de Siegen han publicado un estudio (DOI: 10.1002/msd2.12087) en la International Journal of Mechanical System Dynamics en 2023, introduciendo un método sin malla semianalítico para optimizar las barreras acústicas. Este enfoque innovador refina el rendimiento acústico analizando las formas de las barreras y la distribución de materiales absorbentes del sonido, ofreciendo una solución más eficiente a la contaminación acústica urbana.
La investigación introduce un método sin malla semianalítico para evaluar y optimizar el rendimiento de las barreras acústicas. Mediante el análisis de diversas formas, como las barreras verticales, en forma de Y y en forma de T, el estudio evalúa su rendimiento acústico utilizando el método de frontera singular de tipo Burton-Miller (BM-SBM). Este método simplifica la condición de frontera de impedancia acústica y utiliza el método de los asintotas móviles (MMA) para optimizar la distribución de material. Los ejemplos numéricos demuestran que la barrera acústica en forma de T supera a las demás en la reducción del ruido, especialmente cuando se combina con materiales absorbentes del sonido distribuidos de forma óptima. El proceso de optimización implica una técnica de material isotrópico sólido con penalización (SIMP), que garantiza un uso eficiente del material. Los resultados indican que la distribución optimizada de los materiales absorbentes del sonido mejora significativamente la atenuación del ruido en comparación con la cobertura total. El estudio también valida la precisión del BM-SBM comparándolo con el método de los elementos finitos (FEM), mostrando una excelente concordancia en los resultados.
El Prof. Fajie Wang, de la Universidad de Qingdao, un experto líder en mecánica computacional, comentó: “Nuestra optimización computacional de las barreras acústicas es un gran paso adelante en la mitigación de la contaminación acústica. Permite un control del ruido más eficaz con un mínimo de material, con amplias aplicaciones en industrias donde la gestión del ruido es esencial”.
Los hallazgos de este estudio tienen amplias implicaciones para la planificación urbana y la salud pública. Al optimizar el diseño y la distribución de materiales de las barreras acústicas, las ciudades pueden gestionar más eficazmente el ruido del tráfico, mejorando la calidad de vida de los residentes. Esta investigación también ofrece posibles aplicaciones en otros entornos ruidosos, como zonas industriales y obras de construcción. Además, el método sin malla semianalítico proporciona una solución escalable que puede adaptarse a diferentes escenarios, allanando el camino para estrategias innovadoras de control del ruido en diversos sectores.
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Información de financiación
Este trabajo fue apoyado por la Fundación de Ciencias Naturales de la Provincia de Shandong de China (No. ZR2023YQ005) y las Becas Postdoctorales DAAD-K.C. Wong.
Acerca de International Journal of Mechanical System Dynamics
International Journal of Mechanical System Dynamics (IJMSD) es una revista de acceso abierto que tiene como objetivo revelar sistemáticamente el efecto vital de la dinámica de los sistemas mecánicos en todo el ciclo de vida de los equipos industriales modernos. Los sistemas mecánicos pueden variar en diferentes escalas e integrarse con sistemas electrónicos, eléctricos, ópticos, térmicos, magnéticos, acústicos, aeroespaciales, fluídicos, etc. La revista acoge trabajos de investigación y artículos de revisión sobre dinámica relacionados con la teoría avanzada, el modelado, la computación, el análisis, el software, el diseño, el control, la fabricación, las pruebas y la evaluación de sistemas mecánicos generales.
