建立车辆-钢弹簧浮置板轨道垂向耦合振动有限元模型，分析车载作用下的浮置板轨道和车辆垂向振动特性。结果表明，钢轨和车体垂向振动在浮置板1 阶弯曲频率（10 Hz）、P2 共振频率、部分阶次的轮对弯曲频率及车轮辐板模态频率处存在明显峰值，其中车体振动在车体浮沉频率（1 Hz左右）处也存在明显峰值。扣件刚度和阻尼的影响主要在轮对1 阶弯曲频率以内的车辆-轨道系统耦合振动行为，扣件阻尼在高频处对轨道垂向振动也有较大影响。钢弹簧刚度和阻尼主要影响浮置板1 阶弯曲频率附近的车辆和轨道响应，对车辆运行平稳性影响显著。车辆悬挂参数及车体和构架质量对轨道振动基本无影响，簧下质量通过P2 共振以及系统约束下的轮对1 阶弯曲和辐板对称伞形模态影响轨道振动。增大一系悬挂刚度和阻尼以及二系悬挂阻尼会增大中高频的车体垂向振动加速度，二系悬挂刚度主要影响车体浮沉频率附近的车体垂向振动。车体、构架和簧下质量对车体浮沉运动、浮置板1 阶弯曲和P2 共振处的车体振动加速度峰值有影响。

介绍钢轨波磨现行的主要分类方法和评价标准。以某环线地铁为例，对全线不同线路条件和轨道类型的钢轨波磨进行检测，按照轨道类型、曲线半径、线路型式以及曲线高、低轨来对比分析钢轨波磨的典型特征；使用BSEN ISO 3095 标准对钢轨波磨进行量化评价。结果表明，该线路波磨分布最广的为普通扣件轨道，300 m～400 m半径曲线轨道，缓和曲线以及低轨。钢轨波磨出现频次最高的为钢弹簧浮置板轨道，200 m～300 m半径曲线轨道，圆曲线和低轨。各种轨道类型上都存在25 mm～50 mm波长波磨，400 m半径曲线轨道上的波磨波长分布最广，圆曲线和缓和曲线上波磨波长分布特征基本相同。

针对地铁小半径曲线P2 共振型波磨，使用声子晶体带隙理论的钢轨吸振器设计方法，将吸振器简化为弹簧-阻尼-质量模型，并引入到车辆-轨道耦合动力学时域分析模型中，建立车辆通过波磨段时吸振器有效减振频段及效果的评估方法。结果表明：声子晶体局域共振机理设计的吸振器，可满足车辆通过P2 共振型波磨时的减振需求，且不突破吸振器安装空间限值；时域评估方法预测的吸振器有效减振频段略宽且完全涵盖声子晶体理论的带隙；与传统吸振器设计方法相比，声子晶体理论设计的吸振器的减振效果更好；吸振器有效减振频段相对较窄，一种设计很难有效应对现场不同路段P2共振频率波动导致的波磨损伤差异，这或许就是工程中吸振器效果不稳定的原因所在。

隧道混响是隧道内列车噪声显著的关键因素，对混响特性进行预测分析有助于隧道内的降噪研究。采用脉冲响应积分法测试空场隧道混响时间，利用虚源法建立隧道壁面吸声系数数值计算模型，反推隧道壁面的吸声系数，将其输入给基于声线跟踪原理建立的隧道内声场响应预测分析模型，以混响时间和D/R比（Direct/Reverberant ratio）详细分析隧道内车体表面声场的混响特性。结果表明：隧道壁面吸声系数经验值与反推计算结果有较大差异，低于400 Hz频段经验值高于计算值，而高于400 Hz频段则反之。在车底响应面声源中心区域内直达声场强于混响声场，车底响应面的混响声场强度高于车顶响应面。混响时间均匀度从高到低的响应面分别为：车底、车顶、侧面，空场状态响应面上的平均混响时间明显高于有车状态下，其中车底响应面的最低。

摘 要：结合有限元和边界元法对有轨电车以60km/h运行时的嵌入式轨道振动噪声特性进行分析，结果表明嵌入式轨道槽内结构振动显著，可以有效地进行振动能量耗散。嵌入式轨道沿着垂向和横向上的减振效果明显。嵌入式轨道的主要辐射噪声频段为250~1200Hz，尤其表现在400~500Hz和800~1000Hz频段内。嵌入式轨道槽内结构噪声贡献显著，轨道板噪声贡献量较小。通过槽内材料参数优化，分别得到了浇注料、降噪块和弹性垫板的最优的弹性模量和阻尼损耗因子，并分析了噪声敏感参数，以降噪块形状为优化方向，分析得到了较优的嵌入式轨道型式。综合材料参数和降噪块形状优化结果，辐射声功率级总值可以降低1.7dBA。

轮轨系统固有振动特性对车轮失圆和钢轨波磨的形成和发展具有重要影响。建立普通短轨枕整体道床轨道有限元模型和簧下质量-轨道耦合系统有限元模型，分析扣件刚度、地基刚度、簧下质量及轨枕间距对轨道和耦合系统固有频率的影响。结果表明：轨道一阶垂向弯曲频率随扣件刚度的增大而增大，地基刚度对轨道一阶垂向弯曲频率的影响较小；耦合系统一阶垂向弯曲频率（P2共振频率）随扣件刚度的增大而增大，随簧下质量的增大而减小；P2共振频率随地基刚度的增大而增大，当地基刚度大于300 MPa/m，地基刚度的变化对P2共振频率影响较小；轨道一阶垂向弯曲频率和P2共振频率随轨枕间距的增大而减小；轨枕间距随机变化可降低Pinned-Pinned共振响应峰值。通过现场力锤敲击与车辆轨道振动测试结果对模型进行验证，仿真结果与现场测试结果基本一致。

针对国内某地铁线路的车内噪声超标问题，进行了现场车内噪声和线路钢轨波磨的现场测量。测试发现，列车经过波磨区间的车内噪声高达90.3 dBA，而对该区间的钢轨打磨后，车内噪声可以降低11.6 dBA。对车内噪声进行频谱分析后发现车内噪声主频均在400-700 Hz，这与车辆通过区间轨道的波长为30-50 mm的波磨通过频率基本一致。对比分析发现波长160-200 mm波磨对车内噪声的影响要远低于短波长波磨。因此，短波长波磨是造成车内噪声异常的主要原因。通过对大量试验数据的统计分析，得出了车内噪声与30-50 mm短波长波磨粗糙度水平的关系曲线，并由该曲线提出了针对30-50 mm短波长波磨的打磨限值。

车轮多边形磨损是地铁车辆运营过程中经常出现的现象，该现象易导致车辆和轨道结构发生异常振动。针对国内某地铁线路，在现场测试车轮多边形磨损状态基础上，通过测试对比有、无车轮多边形磨损的车辆通过地铁线路减振式钢弹簧浮置板道床段和非减振普通整体道床段时的轨道振动加速度，研究地铁车轮多边形磨损状态对轨道振动大小和减振特性的影响。结果表明：调查的地铁线路列车车轮存在13 阶～17 阶多边形磨损，其粗糙度平均水平为21.3 dB re 1 μm；当存在车轮多边形磨损的列车通过浮置板轨道时，钢轨、弹条、轨枕、道床、隧道壁测点的垂向振动加速度均方根值分别为105.09 m/s2、154.41 m/s2、13.04 m/s2、8.16 m/s2、0.028 m/s2，与无车轮多边形磨损列车通过时相比，振动水平分别增大了137.5 %、145.3 %、105.4 %、111.9 %、75.0 %。车轮多边形磨损对浮置板轨道的道床板及其以上部件振动水平的影响比对普通整体道床轨道的更显著，对浮置板轨道隧道壁振动的影响则小于对普通整体道床轨道隧道壁的影响。存在车轮多边形磨损的车辆通过浮置板轨道时，通过频率为61 Hz～104 Hz，易激发轨道的整体垂向弯曲共振模态，引起道床板振动幅值过大。在运行列车有、无13 阶～17 阶多边形磨损时，钢弹簧浮置板轨道减振量分别为29.33 dB和35.11 dB，车轮多边形磨损的存在降低浮置板轨道的减振效果。

地铁线路轨道中高频动态特性对轮轨振动噪声和钢轨短波长波磨的产生有重要作用。建立地铁整体道床轨道的三维实体有限元模型，结合现场力锤敲击法测试结果，计算分析地铁轨道的中高频动态特性，分析扣件刚度、轮对载荷对轨道中高频动态特性的影响。研究结果表明：普通扣件（垂向静态刚度约40 kN/mm）-整体轨道结构在150 Hz以下低频模态表现为轨道板和钢轨整体的垂向弯曲振动，在150 Hz～1 500 Hz中高频模态表现为钢轨相对于轨道板的弯曲振动、轨道板单独的弯曲振动和钢轨局部的扭转振动；扣件垂向刚度在10 kN/mm～40 kN/mm范围内变化对频率在750 Hz以下钢轨垂向动态特性有影响，对钢轨750 Hz以上的中高频模态振型影响不明显；轮对模态在1 500 Hz以下主要表现为弯曲和扭转振动，其对轨道的低频模态振型（钢轨和轨道板整体垂向弯曲振动）影响不明显，对轨道部分中高频模态（钢轨的垂向弯曲振动）影响明显。在400 Hz～1 100 Hz频率范围内，考虑轮对影响的轨道垂向模态频率增大，增大范围为10 Hz～56 Hz。

现场调查某地铁线路上普通短轨枕、先锋扣件和钢弹簧浮置板三种轨道的钢轨波磨特征，并分别进行振动测试，研究钢轨存在波磨时，三种轨道结构的振动特性及减振效果。结果表明：三种轨道结构都是内轨波磨明显，外轨表面不平顺幅值相比内轨都很小，可以忽略不计其影响；波磨主波长频率成分很容易在轨道各零部件（包括隧道壁）振动中激发出来，并且会引起较大幅值的振动；在4 Hz～200 Hz频率范围内，波磨激励下的减振型轨道依然具有良好的减振性能，但是与其最初设计用于的减振效果相比，有明显的下降；先锋扣件轨道短波长波磨会削减隧道壁在高频段的减振效果；钢弹簧浮置板轨道的波磨幅值显著，虽然对其隧道壁的减振效果影响不明显，但是会造成钢轨振动增加。

利用基于有限元-边界元方法结合的轨道系统振动-声辐射模型研究采用树脂材料和不饱和聚酯材料制造两种新型材料地铁轨枕振动-声辐射特性。首先通过力锤敲击方法分别得到两种新型材料轨枕和传统混凝土轨枕结构阻尼系数。然后，用三维实体有限元模型模拟包含钢轨、轨下垫层、轨枕和道床的轨道结构，以单位力作为激励源，采用有限元法计算轨道结构系统响应。最后，以轨道结构位移响应作为输入，利用声学边界元法计算得到轨道结构声辐射。仿真结果表明，两种新型材料轨枕比传统混凝土轨枕都具有一定减振降噪效果。两种新型材料轨枕相比之下不饱和聚酯材料轨枕降噪效果要比树脂材料轨枕更显著。

地铁线路钢轨波磨会恶化轮轨接触关系，引起轮轨冲击，降低车辆和轨道部件的使用寿命，影响车辆运行安全，大大增加维修工作量和运营成本。钢轨打磨可有效控制波磨，而确定钢轨波磨安全限值并制定打磨策略是实施钢轨打磨的关键步骤。建立一种地铁车辆—轨道耦合动力学计算模型，详细调查地铁钢轨波磨对车辆运行安全性的影响。基于车辆—轨道耦合动力学仿真计算和地铁车辆的运行安全评价指标，初步确定时速80 km/h地铁线路的钢轨波磨的安全控制限值。结果可为地铁线路的钢轨校正性打磨提供理论参考。

振动梁法可以获取“金属层+阻尼层+金属层”三明治梁的结构损耗因子，进而求得阻尼材料的材料损耗因子。但是通过理论研究发现，当阻尼材料的弹性模量低于10 MPa时，在外载荷作用下，三明治梁的上下金属层对阻尼层产生明显的横向挤压，不满足振动梁法的理论假设。为此，提出一种仿真与试验相结合的方法获取了HT 800、Regufoam 2000和SR 450这三种小弹性模量阻尼材料的材料损耗因子。在试验部分，利用振动梁法获取三明治梁结构阻尼损耗因子，以此作为仿真中结构损耗因子的目标值。仿真部分，建立三明治梁有限元模型，通过不断改变材料损耗因子的输入值获取模型相应的结构损耗因子，直到仿真与试验结构损耗因子相等时，仿真中相应的材料损耗因子值即为小弹性模量阻尼材料损耗因子。该种测试方法为小弹性模态阻尼材料阻尼测试提供了参考。

轮轨噪声是列车主要噪声源之一，而车轮振动声辐射是轮轨噪声的重要组成部分。施加阻尼措施能够有效地降低车轮的振动及声辐射。根据轮轨滚动噪声理论，采用有限元-边界元方法，建立标准车轮以及对应阻尼车轮有限元、边界元模型，以等效轮轨粗糙度作用力为激励，研究施加喷涂阻尼和约束阻尼后车轮振动声辐射特性，调查了不同厚度（1 mm ～5 mm）阻尼对车轮减振降噪效果的影响。数值计算结果表明：在轮轨等效粗糙度名义滚动圆接触点径向激励下，采用喷涂式阻尼处理，当材料厚度为2 mm时，降噪效果达到最佳，与标准车轮相比降低2 dB(A)。采用层状约束型阻尼处理，约束层固定为1 mm时，当阻尼层为2 mm，降噪效果最好，与标准车轮相比降低3 dB(A)。

在列车车轮表面喷涂阻尼材料可以降低车轮振动声辐射，通过试验调查喷涂阻尼厚度对其减振降噪性能的影响。在半消声室进行对比试验，测试了斜曲型辐板车轮在无阻尼、喷涂1 mm和2 mm情况下的振动声辐射，和双S型辐板车轮在无阻尼、喷涂1 mm和4 mm阻尼下的声辐射。测试结果表明：对于斜曲型辐板车轮，2 mm阻尼层对车轮的减振区域和减振量均优于1 mm阻尼层，在径向和轴向激励下，1mm阻尼层降噪量分别为2.0 dB(A)和1.0 dB(A)；对于双S型辐板车轮，在径向和轴向激励下，1 mm阻尼层降噪量分别为1.9 dB(A)和1.1 dB(A)。对于这两种辐板形式车轮，阻尼层增厚，降噪效果均增加。对于斜曲型车轮，在径向激励下阻尼具有更好的降噪效果，对于双S型车轮，在径向激励和轴向激励下阻尼降噪效果近似相同。

分析某直型辐板车轮喷涂阻尼材料与否的振动声辐射特性。通过力锤敲击试验，获得车轮的固有频率、模态阻尼比及频率响应函数，分析喷涂式阻尼车轮振动特性。通过半消声室声辐射测试，给出喷涂式阻尼车轮的声能量级，结合车轮振动分析声辐射特性。结果表明，喷涂式阻尼车轮可以有效降低车轮振动和声能量级，与裸轮相比，径向激励下总声能量级可降低6.4 dB，轴向激励下总声能量级可降低4.3 dB。

为了解车轮结构对转向架区域噪声的影响，基于RAYNOISE软件平台，建立转向架区域噪声预测模型。利用该模型，预测了转向架区域内侧及外侧各场点的噪声，分析了动/拖车车轮、车轮制动盘以及低噪声阻尼车轮对转向架区域各场点噪声的影响。预测结果表明：动车车轮、拖车车轮两种车轮结构对钢轨噪声的影响很小，而车轮噪声及转向架区域的噪声影响显著，直型辐板的动车车轮结构能较好地降低轮轨噪声及转向架区域噪声，有利于降低车外噪声。当车辆运行速度为200 km/h、250 km/h时，安装车轮制动盘有利于减小转向架区域各场点噪声，场点4位置降噪量分别达到0.4 dB(A)和0.9 dB(A)。低噪声阻尼车轮可以在一定程度上降低转向架区域各场点的噪声，三种阻尼车轮分别使场点4位置的降噪量达到8.0 dB(A)、8.0 dB(A)、4.6 dB(A)。