• شماره ركورد
    34197
  • پديد آورنده

    جواد گوديني

  • عنوان
    طراحي و بهينه سازي هندسي كريستالهاي سونيك مانع صوت در خطوط راه آهن
  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    مهندسي ماشينهاي ريلي
  • سال تحصيل
    1404
  • تاريخ دفاع
    1404/08/27
  • استاد راهنما
    دكتر داود يونسيان
  • استاد مشاور
    ندارد
  • دانشكده
    مهندسي راه آهن
  • چكيده
    رشد شتابان شبكه‌هاي ريلي و افزايش سرعت سير، مسئله آلودگي صوتي را به يكي از چالش‌هاي اصليِ برنامه‌ريزان شهري و بهره‌برداران خطوط راه‌آهن تبديل كرده است. ديوارهاي سنتي كنترل صدا (بتني/فلزي/كامپوزيتي) هرچند در بازه‌هاي فركانسي مياني عملكرد قابل‌قبولي دارند، اما معمولاً حجيم، پرهزينه، از نظر منظر شهري محدودكننده و در فركانس‌هاي پايين كم‌اثرند. متامتريال‌هاي آكوستيكي و به‌طور خاص «كريستال‌هاي سونيك» با هندسه‌هاي دوره‌ايِ قابل‌طراحي، امكان ايجاد باندگپ‌هاي صوتي و مهندسي مسير انتشار موج را فراهم مي‌كنند و افقي نو براي توسعه «موانع صوتي ريلي كارآمد، كم‌حجم و سازگار با منظر» مي‌گشايند. در اين رساله سه رده طراحي براي سلولِ واحدِ كريستال سونيك متناسب با طيف نويز ريلي پيشنهاد و بررسي مي‌شود: (1) سلول واحد چندوجهي (Polyhedral) با قابليت تنظيم دقيق نسبت پرشوندگي و طول‌مقياس‌هاي مؤثر؛ (2) سلول واحد هلمهولتزي با رزونانس‌هاي محلي قابل‌تنظيم؛ و (3) سلول الهام‌گرفته از هندسه «دانه برف» با درجات آزادي هندسي غني و قابليت هم‌زمان‌سازي چند سازوكار تضعيف. چارچوب محاسباتي شامل استخراج ساختار باند با روش بسط موج تخت (PWE) تحت شرايط مرزي بلاخ، تحليل‌هاي امواج گذرا و فركانسي با روش اجزاي محدود (FEM)، و مطالعه انتشار/افت انتقال در آرايه‌هاي محدود است. براي افزايش كارايي، يك زنجيره بهينه‌سازي مبتني بر الگوريتم ژنتيك (GA) با اهداف چندگانه ( بيشينه‌سازي مجموع پهناي باندگپ‌ها در بازه فركانسي هدف، بيشينه‌سازي پهناي باند نسبي (FB)، و كنترل محل باندگپ غالب) به مدل‌هاي عددي متصل شده است. به‌منظور سنجش قابليت پياده‌سازي در مقياس كاربردي، معيارهاي سازه‌اي، قيود ساخت، و الزامات آزمون عملكرد درجا با الهام از استانداردهاي اروپايي مرتبط نيز در طراحي اعمال مي‌شوند. دستاورد رساله نشان مي‌دهد كه: (الف) تركيب رزونانس‌هاي محلي با پراكندگي براگي در هندسه‌هاي پيشنهادي مي‌تواند باندگپ‌هاي پيوسته‌تر و متناسب با باندهاي پرتراكم نويز غلتشي/آيروديناميكي ايجاد كند؛ (ب) كوپل بهينه‌سازي–تحليل، امكان انتقال هدفمند باندگپ‌ها به فركانس‌هاي عملياتي و افزايش معنادار شاخص‌هاي عملكردي مانند افتِ انتقال را فراهم مي‌آورد؛ و (ج) قيود توليد و نصب (از جمله مقياس‌پذيري و نگهداشت) قابل ادغام در فرايند طراحي‌اند بدون آن‌كه كارايي آكوستيكي قرباني شود. اين نتايج، مسير توسعه موانع صوتي كم‌ارتفاع نوين براي كريدورهاي ريلي شهري/بين‌شهري را تقويت مي‌كند.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1404/09/26
  • عنوان به انگليسي
    Geometric Design an‎d Optimization of Sonic Crystals as Noise Barriers in Railway Lines
  • تاريخ بهره برداري
    11/18/2026 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    جواد گوديني

  • چكيده به لاتين
    The rapid expansion of railway networks an‎d increasing operating speeds have turned environmental noise into one of the main challenges for urban planners an‎d rail operators. Conventional noise barriers (concrete/metal/composite), while reasonably effective over mid-frequency ranges, are typically bulky an‎d costly, visually intrusive in urban contexts, an‎d less effective at low frequencies. Acoustic metamaterials—an‎d in particular sonic crystals with designable periodic geometries—enable the formation of acoustic ban‎dgaps an‎d the engineering of wave propagation paths, opening up new avenues for developing railway noise barriers that are efficient, compact, an‎d compatible with urban aesthetics. This dissertation proposes an‎d investigates three design classes for sonic-crystal unit cells tailored to the railway noise spectrum: (1) a polyhedral unit cell offering fine control over filling fraction an‎d characteristic length scales; (2) a Helmholtz-type unit cell with tunable local resonances; an‎d (3) a snowflake-inspired unit cell with rich geometric degrees of freedom an‎d the ability to synchronize multiple attenuation mechanisms. The computational framework comprises ban‎d-structure extraction via the plane wave expansion (PWE) method under Bloch boundary conditions, transient an‎d frequency-domain analyses using the finite element method (FEM), an‎d the study of propagation an‎d transmission loss in finite arrays. To enhance performance, a genetic algorithm (GA)–based multiobjective optimization chain—maximizing the sum of ban‎dgap widths within the target frequency range, maximizing relative ban‎dwidth (FB), an‎d controlling the location of the dominant ban‎dgap—is coupled to the numerical models. To assess practical deployability, structural criteria, manufacturing constraints, an‎d in-situ performance testing requirements inspired by relevant European stan‎dards are incorporated into the design. The findings show that: (a) combining local resonances with Bragg scattering in the proposed geometries can yield more contiguous ban‎dgaps aligned with the dense ban‎ds of rolling/aerodynamic noise; (b) optimization–analysis coupling enables targeted shifting of ban‎dgaps to operational frequencies an‎d delivers meaningful gains in performance metrics such as transmission loss; an‎d (c) manufacturing an‎d installation constraints—including scalability an‎d maintainability—can be integrated into the design process without sacrificing acoustic performance. These results support the development of novel low-height noise barriers for urban an‎d intercity rail corridors.
  • كليدواژه هاي فارسي
    كريستال سونيك , مانع صوت ريلي , باندگپ آكوستيكي , بهينه‌سازي هندسي , الگوريتم ژنتيك
  • كليدواژه هاي لاتين
    sonic crystal , railway noise barrier , acoustic bandgap , geometric optimization , genetic algorithm
  • Author
    Javad Goodini
  • SuperVisor
    Davood Younesian