注：本文為期刊公眾號(hào)簡(jiǎn)版，完整版已發(fā)群內(nèi)自取。?

圣小珍，上海工程技術(shù)大學(xué)城市軌道交通學(xué)院

葛帥， 上海工程技術(shù)大學(xué)城市軌道交通學(xué)院

成功，華東交通大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院

鐘碩喬，上海工程技術(shù)大學(xué)城市軌道交通學(xué)院

0?引言

高速列車在運(yùn)行過程中，所有車體與車外空氣接觸的部分都與空氣發(fā)生強(qiáng)度不同的相互作用，同時(shí)，列車還通過受電弓與弓網(wǎng)相互作用、通過輪對(duì)與軌道結(jié)構(gòu)和下面的橋梁或路堤相互作用。這些相互作用，導(dǎo)致氣流狀態(tài)變化以及車體與軌道等結(jié)構(gòu)振動(dòng)，從而產(chǎn)生噪聲?？梢哉f(shuō)，高速列車車體表面的任何地方都是噪聲源。除此以外，列車本身裝配的一些設(shè)備，如空調(diào)系統(tǒng)、冷卻風(fēng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和齒輪等，也會(huì)產(chǎn)生噪聲。在高速條件下，這些設(shè)備噪聲遠(yuǎn)低于上述相互作用產(chǎn)生的噪聲。

因此，高速列車的主要噪聲源在車外，噪聲通過復(fù)雜路徑和機(jī)理分別傳入車內(nèi)和傳向車外。傳入車內(nèi)時(shí)，乘客聽到的噪聲稱為車內(nèi)噪聲。對(duì)于車內(nèi)噪聲，噪聲源是固定聲源。傳向車外時(shí)，線路周圍居民聽到的噪聲稱為列車引起的環(huán)境噪聲或列車通過噪聲。對(duì)于列車通過噪聲，上述噪聲源是高速移動(dòng)的聲源，聲源的馬赫數(shù)較高（當(dāng)列車速度為400km/h即111m/s時(shí)，移動(dòng)聲源的馬赫數(shù)是111/343=0.32），會(huì)產(chǎn)生顯著的多普勒效應(yīng)。

要控制列車通過噪聲，需要知道主要噪聲源。研究表明，由于復(fù)興號(hào)列車在氣動(dòng)設(shè)計(jì)上的先進(jìn)性，其在評(píng)價(jià)點(diǎn)的通過噪聲在350km/h的速度下，依然是輪軌噪聲為主。因此，如果要進(jìn)一步控制列車通過噪聲，必須優(yōu)先控制輪軌噪聲，或者至少與控制氣動(dòng)噪聲同等重要。為此需要進(jìn)一步深入研究高速鐵路輪軌噪聲的發(fā)聲機(jī)理、影響因素、預(yù)測(cè)方法、規(guī)律特性和控制措施?；谶^去幾年的研究工作，對(duì)這幾方面的研究成果及存在的問題從物理機(jī)制上進(jìn)行介紹，共包括5個(gè)方面的內(nèi)容，即輪軌發(fā)聲機(jī)理和輪軌粗糙度、輪對(duì)聲振特性、軌道結(jié)構(gòu)聲振特性、輪軌高速高頻相互作用和輪軌噪聲估算以及輪軌噪聲控制措施。

1?輪軌發(fā)聲機(jī)理和輪軌粗糙度

基于輪軌系統(tǒng)的列車，通過輪對(duì)沿鋼軌的滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)列車移動(dòng)。由于車輪不是絕對(duì)圓的（或者說(shuō)車輪具有粗糙度，稱為車輪粗糙度），鋼軌頂面也不是絕對(duì)平順（或者說(shuō)鋼軌頂面具有粗糙度，稱為鋼軌粗糙度），所以當(dāng)輪對(duì)沿鋼軌滾動(dòng)時(shí)，會(huì)不可避免地引起車輪與鋼軌的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)檩唽?duì)和軌道結(jié)構(gòu)具有慣性和彈性，輪軌的相對(duì)運(yùn)動(dòng)必然導(dǎo)致輪對(duì)和軌道結(jié)構(gòu)的彈性變形和振動(dòng)，進(jìn)而向空氣中輻射噪聲。這種噪聲就是輪軌噪聲，其發(fā)聲機(jī)理見圖1。因此，輪軌噪聲的發(fā)聲涉及輪軌粗糙度、輪對(duì)聲振特性、軌道結(jié)構(gòu)聲振特性以及輪軌相互作用。無(wú)論是普速鐵路還是高速鐵路，輪軌噪聲發(fā)聲機(jī)理一樣，然而，在高速條件下，輪對(duì)聲振特性、軌道結(jié)構(gòu)聲振特性以及輪軌相互作用及其分析方法，則特別需要考慮列車速度的影響。

對(duì)輪軌噪聲來(lái)說(shuō)，鋼軌粗糙度通常指鋼軌頂面名義滾動(dòng)帶上沿縱向的高低不平?？v向坐標(biāo)為x處的鋼軌粗糙度用z（x）表示，通常是很不規(guī)則的隨機(jī)函數(shù)（見圖1）。圖1中的尖峰可能由測(cè)試誤差造成，也可能由鋼軌上的凹坑、焊接頭等離散型不平順造成，需具體分析。用作輪軌噪聲分析時(shí)，一般不考慮這些尖峰。

2?輪對(duì)聲振特性

2.1 簡(jiǎn)諧輪軌力作用下輪對(duì)振動(dòng)?

輪對(duì)在與鋼軌發(fā)生相互作用過程中，轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)、振動(dòng)并輻射噪聲。在已知列車速度和車輪平均滾動(dòng)半徑時(shí)，可認(rèn)為輪對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和移動(dòng)速度已知，但其振動(dòng)和聲輻射則取決于輪對(duì)的聲振特性和輪軌力。所謂輪對(duì)的聲振特性，是指輪對(duì)在給定的（通常是單位大小的）輪軌力激勵(lì)下，輪對(duì)振動(dòng)和聲輻射與激勵(lì)頻率間的關(guān)系。由于輪對(duì)和輪軌力一起向前移動(dòng)，因此，在考慮輪對(duì)的振動(dòng)時(shí)，只須考慮輪對(duì)的旋轉(zhuǎn)而無(wú)需考慮其移動(dòng)。因此，輪軌力的作用點(diǎn)在空間固定不動(dòng)，但相對(duì)輪對(duì)沿車輪的滾動(dòng)圓旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)輪對(duì)見圖2。過去對(duì)普速鐵路輪對(duì)的振動(dòng)分析，不考慮輪對(duì)的旋轉(zhuǎn)，因此可以應(yīng)用常規(guī)的有限元法分析軟件進(jìn)行分析。當(dāng)考慮輪對(duì)旋轉(zhuǎn)后，常規(guī)的有限元法分析軟件不再可用。為此，文獻(xiàn)建立了一套求解方法。因?yàn)檩唽?duì)可以近似為軸對(duì)稱體，輪對(duì)的響應(yīng)可以通過2維有限元模型求解，計(jì)算旋轉(zhuǎn)輪對(duì)在輪軌力作用下響應(yīng)的2維有限元模型見圖3。

輪對(duì)是有限尺寸彈性體，具有模態(tài)特性（固有頻率和振型），如果不旋轉(zhuǎn)，在簡(jiǎn)諧力作用下，會(huì)在輪對(duì)的固有頻率上發(fā)生共振。單位垂向簡(jiǎn)諧輪軌力作用下受力點(diǎn)的垂向響應(yīng)（旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)車速300km/h）見圖4，圖4畫出了某高速鐵路輪對(duì)在右邊輪軌接觸點(diǎn)受到單位垂向簡(jiǎn)諧力作用時(shí)受力點(diǎn)在垂向的振動(dòng)位移幅值與頻率間的關(guān)系（實(shí)線），圖中的峰值表明輪對(duì)在相應(yīng)的固有頻率上發(fā)生共振。

2.2?簡(jiǎn)諧輪軌力作用下輪對(duì)聲輻射

2.1節(jié)描述了如何計(jì)算旋轉(zhuǎn)輪對(duì)在簡(jiǎn)諧輪軌力作用下的振動(dòng)。輪對(duì)表面振動(dòng)可以確定其聲輻射，即振動(dòng)的輪對(duì)向周圍空氣輻射的聲功率或給定測(cè)點(diǎn)的聲壓。以前考慮輪對(duì)聲輻射時(shí)，沒考慮輪對(duì)的旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)，即把輪對(duì)當(dāng)成只是振動(dòng)的靜止物體。在此前提下，經(jīng)典的亥姆霍茲-克?；舴颍℉elmholtz-Kirchhoff）聲學(xué)積分方程成立，并通常用聲學(xué)邊界元方法求解。當(dāng)車速不高時(shí)，允許這樣做，但對(duì)于高速輪對(duì)，這樣做會(huì)產(chǎn)生很大誤差，尤其對(duì)于聲的頻譜，其完全忽略了移動(dòng)聲源的多普勒效應(yīng)。

3?軌道結(jié)構(gòu)聲振特性

高速鐵路施工質(zhì)量高、曲線半徑大、扣件剛度低、軌道板與底座板間的聯(lián)接剛度大，因此，從輪軌噪聲研究角度，高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化為由鋼軌、扣件和軌道板組成的無(wú)限長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)，周期等于1塊軌道板的長(zhǎng)度（記為L(zhǎng)），軌道垂向振動(dòng)模型示意見圖5。所謂軌道結(jié)構(gòu)聲振特性，指在靜止不動(dòng)或以速度c移動(dòng)的單位簡(jiǎn)諧輪軌力作用下（假定每根鋼軌同時(shí)受到1個(gè)單位垂向輪軌力），鋼軌的頻率響應(yīng)、受力點(diǎn)兩邊鋼軌振動(dòng)的衰減規(guī)律（振動(dòng)衰減率）以及鋼軌和軌道板輻射的聲壓譜。單位簡(jiǎn)諧輪軌力在數(shù)學(xué)上表示為eiΩt，此處i是虛數(shù)單位，Ω是角頻率。

3.1?軌道結(jié)構(gòu)模態(tài)特性

鋼軌在力作用點(diǎn)的垂向位移頻率響應(yīng)見圖6，當(dāng)上述簡(jiǎn)諧力不沿鋼軌移動(dòng)（即c=0）時(shí)，整個(gè)軌道結(jié)構(gòu)均同頻率簡(jiǎn)諧振動(dòng)，因此可畫出力的作用點(diǎn)位移幅值與頻率間關(guān)系曲線，如圖6中實(shí)線所示。圖中有2個(gè)峰值，1個(gè)大約為126Hz，1個(gè)大約為940Hz，這2個(gè)峰值對(duì)應(yīng)軌道結(jié)構(gòu)的模態(tài)特征。第1個(gè)峰值產(chǎn)生是由于激發(fā)了鋼軌的一個(gè)模態(tài)：在此模態(tài)下，鋼軌作為剛體在扣件剛度上發(fā)生共振，因此頻率可以通過下式估算：

式中：kp為扣件剛度；m為單位長(zhǎng)度鋼軌質(zhì)量；l為相鄰扣件間距離。式（7）假定扣件垂向剛度為常數(shù)。目前高速鐵路常用的扣件系統(tǒng)，如WJ-7、WJ-8和Vossloh300等，由于存在鐵墊板，其提供給鋼軌的動(dòng)剛度是頻率的函數(shù)，即式（7）中kp與頻率有關(guān)。另外一個(gè)峰值對(duì)應(yīng)鋼軌在扣件上的pinned-pinned振動(dòng)，這時(shí)，扣件對(duì)鋼軌來(lái)說(shuō)如同鉸支座，在扣件位置，鋼軌振動(dòng)最?。辉诳缰形恢?，鋼軌振動(dòng)最大。這時(shí)，任何1跨鋼軌如同簡(jiǎn)支梁振動(dòng)，相鄰跨的振動(dòng)相位剛好相反，鋼軌只是振動(dòng)，不發(fā)生波動(dòng)（或者說(shuō)波動(dòng)速度為無(wú)窮）。因此，pinned-pinned頻率是1跨鋼軌模型的第1階固有頻率（見圖7）。從圖11可以看出，pinned-pinned頻率主要取決于鋼軌和跨距，與扣件剛度關(guān)系不大。

3.2 鋼軌振動(dòng)衰減率

3.1節(jié)中提到軌道結(jié)構(gòu)的2個(gè)振動(dòng)模態(tài)，在整個(gè)軌道結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度范圍內(nèi)，鋼軌振動(dòng)不衰減。但在上述簡(jiǎn)諧力作用下，由于實(shí)際軌道結(jié)構(gòu)存在阻尼，鋼軌振動(dòng)將隨力距離的增加而衰減。如果荷載不移動(dòng)，則鋼軌每一點(diǎn)都作簡(jiǎn)諧振動(dòng)，因此可以比較各處的振幅。假定縱向坐標(biāo)為x的鋼軌振幅為w?(x，Ω)，那么20log[|w?(x1，Ω)/w?(x2，Ω)|]定義為位置x2相對(duì)位置x1的振動(dòng)衰減量，單位是dB。在離激振力比較遠(yuǎn)的地方，鋼軌振幅沿縱向位置變化規(guī)律可以近似為指數(shù)衰減函數(shù)，即w?(x，Ω)=w?(Ω)e-αx，其中α（一個(gè)正實(shí)數(shù)）為衰減系數(shù)，單位是m-1。這時(shí)可定義相距為1m的衰減量（稱為衰減率），即：

3.3 軌道結(jié)構(gòu)聲輻射特性

軌道結(jié)構(gòu)聲輻射包括2根鋼軌的聲輻射和軌道板聲輻射。分別計(jì)算：計(jì)算鋼軌聲輻射時(shí)假定軌道板不振動(dòng)，只起聲反射作用（軌道板沒有任何吸聲材料）或者聲吸聲作用（軌道板鋪設(shè)吸聲材料），在計(jì)算軌道板聲輻射時(shí)，假定鋼軌不存在。鋼軌與軌道板間有間隙，該間隙在軌道方向不連續(xù)，被扣件等距離隔斷，目前在計(jì)算鋼軌聲輻射時(shí)，忽略扣件的隔斷作用，認(rèn)為鋼軌與軌道板間的間隙在縱向連續(xù)。即鋼軌表面和軌道板表面形成的聲學(xué)空間在軌道方向均勻。

4?輪軌高速高頻相互作用和輪軌噪聲估算

4.1?輪軌力

如果輪軌絕對(duì)平順，則輪軌間只有由于周期性過枕產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)輪軌力，包含的頻率成分只有過枕頻率及其倍頻。這種動(dòng)態(tài)輪軌力在文獻(xiàn)中被稱為參數(shù)激勵(lì)產(chǎn)生的輪軌力。應(yīng)避免過枕頻率接近鋼軌在扣件剛度上的共振頻率，否則鋼軌會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)。由圖10可知，鋼軌在扣件剛度上的共振頻率是126Hz，因此，對(duì)0.65m的枕距，當(dāng)速度為295km/h時(shí)，過枕頻率等于鋼軌在扣件剛度上的共振頻率。

當(dāng)輪軌存在粗糙度時(shí)，輪軌間產(chǎn)生額外的、通常比參數(shù)激勵(lì)產(chǎn)生的輪軌力大很多的動(dòng)態(tài)輪軌力，其中包含豐富的頻率成分。過去針對(duì)普速鐵路輪軌噪聲計(jì)算輪軌力時(shí)，采用移動(dòng)粗糙度模型，即假定輪對(duì)不動(dòng)，讓1條粗糙度帶在輪軌間往反方向移動(dòng)。此方法使輪軌力計(jì)算簡(jiǎn)化，但忽略了移動(dòng)荷載效應(yīng)，不完全適合高速鐵路。上述旋轉(zhuǎn)輪對(duì)和無(wú)限長(zhǎng)周期軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性為：

（1）旋轉(zhuǎn)輪對(duì)在簡(jiǎn)諧輪軌力作用下輪軌接觸點(diǎn)響應(yīng)是簡(jiǎn)諧力且頻率與作用力頻率相同（見2.1節(jié)）。

（2）無(wú)限長(zhǎng)周期軌道結(jié)構(gòu)在移動(dòng)簡(jiǎn)諧力作用下，如果觀測(cè)點(diǎn)隨作用力一起移動(dòng)且保持與作用力的距離不變，則觀測(cè)到的響應(yīng)可以表達(dá)為周期函數(shù)與簡(jiǎn)諧力的乘積，其中周期函數(shù)的周期等于簡(jiǎn)諧力通過一個(gè)軌道結(jié)構(gòu)周期（L）的時(shí)間（見3.1節(jié)）?；谏鲜鰟?dòng)態(tài)特性，再假定輪軌粗糙度是縱向位置坐標(biāo)x的周期函數(shù)，周期等于軌道結(jié)構(gòu)周期的整數(shù)（N）倍（即粗糙度的周期等于NL）。

（3）對(duì)輪軌赫茲接觸方程進(jìn)行線性化并假設(shè)輪軌始終保持接觸，即可應(yīng)用文獻(xiàn)建立的傅里葉級(jí)數(shù)法計(jì)算輪軌力。在上述假設(shè)下，輪軌力只包含以f0=cNL為基頻的諧波成分。這些諧波成分可以通過線性代數(shù)方程求得，而且便于考慮多輪對(duì)與軌道結(jié)構(gòu)的相互作用。即可通過此辦法求出輪軌力的離散譜，譜分辨率為cNL，因此只要選擇足夠大的N，即可得到足夠高的頻率分辨率。例如，對(duì)c=350km/h，L=6.5m的情況，選擇N=15（粗糙度周期為97.5m），輪軌力頻率分辨率為1Hz。

4.2?輪軌噪聲

根據(jù)上述單位簡(jiǎn)諧輪軌力作用下輪對(duì)聲輻射和軌道結(jié)構(gòu)聲輻射計(jì)算、在輪軌粗糙度激勵(lì)下的輪軌力計(jì)算，可通過相乘和相加的過程計(jì)算輪軌噪聲。在評(píng)價(jià)列車通過噪聲時(shí)，給出的量化指標(biāo)是列車通過過程中測(cè)點(diǎn)A計(jì)權(quán)等效聲壓級(jí)。因此預(yù)測(cè)輪軌噪聲時(shí)，應(yīng)確定整個(gè)列車編組所有輪對(duì)通過過程中產(chǎn)生的聲輻射。8編組列車有32個(gè)輪對(duì)，同時(shí)考慮32個(gè)輪對(duì)與軌道結(jié)構(gòu)的相互作用在計(jì)算上目前存在困難，因此需作簡(jiǎn)化（見圖8）。

5?輪軌噪聲控制措施

經(jīng)過幾十年的理論研究和工程實(shí)踐，輪軌噪聲的控制措施可分為源頭控制措施和路徑控制措施。路徑控制措施主要是聲屏障，其效果很好，但建設(shè)和維護(hù)成本很高；源頭控制措施包括輪軌粗糙度控制、車輪控制和軌道控制。

5.1?輪軌粗糙度控制

由以上分析可知，輪軌粗糙度是輪軌噪聲產(chǎn)生的根源。對(duì)速度在250~400km/h的高速列車，需考慮的鋼軌粗糙度波長(zhǎng)為0.02~2.22m，車輪多邊形的階次范圍為1~130。如何通過旋修和打磨控制輪軌粗糙度，使輪軌噪聲低于某個(gè)限值是需要研究的課題。需建立基于輪軌噪聲限值的輪軌粗糙度標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)輪軌表面狀態(tài)維護(hù)。

5.2?車輪控制

車輪控制的基本出發(fā)點(diǎn)是增加車輪阻尼。輪對(duì)在自由狀態(tài)下的阻尼很小，模態(tài)耗散因子為萬(wàn)分之幾的數(shù)量級(jí)。輪對(duì)通過軸箱與一系懸掛連結(jié)后，可以從一系減振器獲得一定的阻尼，但主要是增加輪對(duì)彎曲模態(tài)（節(jié)徑數(shù)等于1）的阻尼，對(duì)節(jié)徑數(shù)≥2模態(tài)（這時(shí)車軸基本不動(dòng)）的阻尼，則影響不大。車輪聲輻射主要靠節(jié)徑數(shù)≥2的模態(tài)（圖5中頻率高于約2000Hz的模態(tài)）。輪對(duì)在自由狀態(tài)下，這些模態(tài)的阻尼很低，因此采取車輪控制，在自由輪對(duì)試驗(yàn)時(shí)，效果十分明顯。當(dāng)輪對(duì)在鋼軌上滾動(dòng)時(shí)，軌道結(jié)構(gòu)對(duì)輪對(duì)不但是相互作用的對(duì)象，同時(shí)也給車輪增加了約束和振動(dòng)能量耗散路徑（輪對(duì)與軌道接觸后，輪對(duì)振動(dòng)能量通過軌道結(jié)構(gòu)耗散一部分）。因此得出輪對(duì)從軌道結(jié)構(gòu)獲得了比自身大很多阻尼的結(jié)論。如果車輪控制給車輪增加的阻尼遠(yuǎn)沒有軌道結(jié)構(gòu)給車輪的阻尼大，則這些控制措施在輪對(duì)沿鋼軌滾動(dòng)時(shí)不會(huì)有效果。輪對(duì)和軌道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)由輪軌力產(chǎn)生，輪軌力相對(duì)輪軌系統(tǒng)是內(nèi)力，只會(huì)使輪軌系統(tǒng)總能量減少，不會(huì)增加。輪對(duì)和軌道結(jié)構(gòu)耗散能量（包括輪對(duì)耗散能量、軌道結(jié)構(gòu)耗散能量以及接觸斑內(nèi)耗散能量）來(lái)自列車牽引系統(tǒng)。

5.3 軌道控制

對(duì)于高速無(wú)砟板式軌道結(jié)構(gòu)，需保護(hù)軌道板，扣件剛度比傳統(tǒng)有砟軌道低很多。因此，高速無(wú)砟板式軌道結(jié)構(gòu)的聲輻射主要由鋼軌主導(dǎo)。因此，軌道控制應(yīng)有利于控制鋼軌聲輻射。

（1）提高鋼軌振動(dòng)衰減率。提高扣件剛度，使更多振動(dòng)能量傳遞到軌道板，以提高鋼軌振動(dòng)衰減率，但同時(shí)也會(huì)增加軌道板聲輻射（可以在軌道板上鋪設(shè)吸音材料以控制軌道板聲輻射）。提高扣件阻尼也會(huì)提高鋼軌的振動(dòng)衰減率。我國(guó)高速鐵路常用扣件有WJ-7、WJ-8、Vossloh300三款，扣件包括高分子材料彈性墊板、鐵墊板、彈條。鐵墊板和彈條使扣件提供給鋼軌的動(dòng)剛度具有模態(tài)特征，在扣件系統(tǒng)模態(tài)頻率處，動(dòng)剛度很低。因此，彈性墊板本身的動(dòng)剛度不同于扣件系統(tǒng)的動(dòng)剛度，且差別隨頻率增加而增加。

（2）安裝扣件間的鋼軌動(dòng)力吸振器（見圖9）。假定鋼軌固定不動(dòng)，則鋼軌動(dòng)力吸振器可簡(jiǎn)化為質(zhì)量彈性（阻尼）系統(tǒng)，其固有頻率為鋼軌動(dòng)力吸振器的調(diào)諧頻率。當(dāng)鋼軌振動(dòng)時(shí)，鋼軌動(dòng)力吸振器給鋼軌提供動(dòng)剛度，在調(diào)諧頻率處，動(dòng)剛度最大。最大的動(dòng)剛度與鋼軌動(dòng)力吸振器剛度k成正比，但與其阻尼損耗因子成反比。在給定調(diào)諧頻率時(shí)，增加鋼軌動(dòng)力吸振器質(zhì)量有利于增加鋼軌振動(dòng)衰減率。鋼軌動(dòng)力吸振器提高鋼軌振動(dòng)衰減率的機(jī)理除上述的動(dòng)剛度外，還與周期結(jié)構(gòu)的波動(dòng)特性（通帶、禁帶）有關(guān)。

6?結(jié)束語(yǔ)

闡述輪軌噪聲對(duì)高速鐵路通過噪聲的重要性、輪軌噪聲的發(fā)聲機(jī)理及其力學(xué)模型、輪軌噪聲的預(yù)測(cè)流程、輪軌噪聲的特性規(guī)律和影響因素、以及尚需要深入研究的問題。高速輪軌噪聲是輪軌高速高頻相互作用的結(jié)果，關(guān)鍵影響因素包括波長(zhǎng)2m以下的鋼軌粗糙度、階次130以下的車輪不圓度、節(jié)徑數(shù)≥2的輪對(duì)模態(tài)以及鋼軌振動(dòng)衰減率。針對(duì)典型高速鐵路測(cè)試和預(yù)測(cè)表明：輪軌噪聲在遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)處的聲壓級(jí)與車速的對(duì)數(shù)可近似為線性關(guān)系，比例系數(shù)約為27；在350km/h甚至更高速情況下，列車通過噪聲主要是輪軌噪聲，且輪軌噪聲頻段主要在800Hz以上；軌道板、鋼軌和輪對(duì)分別在低頻段（尤其是低于鋼軌在扣件剛度上共振頻率的頻率）、中頻段（尤其是鋼軌pinned-pinned頻率附近的頻率）和高頻段（高于輪對(duì)節(jié)徑數(shù)≥2的最小模態(tài)頻率）是輪軌噪聲的主要貢獻(xiàn)者；施加在軌道板、鋼軌和輪對(duì)的降噪措施分別按對(duì)應(yīng)頻段進(jìn)行設(shè)計(jì)；輪對(duì)降噪措施不但針對(duì)高頻，而且增加的阻尼應(yīng)與軌道結(jié)構(gòu)提供給輪對(duì)的阻尼相當(dāng)或更高。

控制輪軌噪聲，需確定（所有的）輪對(duì)和（兩條）鋼軌哪個(gè)是主要噪聲來(lái)源。輪軌噪聲預(yù)測(cè)模型可以確定噪聲來(lái)源，但有效的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法還有待建立。旋轉(zhuǎn)且移動(dòng)輪對(duì)的振動(dòng)聲輻射還需深入研究。在設(shè)計(jì)輪對(duì)降噪措施時(shí)需考慮輪對(duì)旋轉(zhuǎn)的影響；扣件彈性墊板的動(dòng)剛度不能代表扣件系統(tǒng)的動(dòng)剛度，扣件系統(tǒng)的動(dòng)剛度測(cè)定或預(yù)測(cè)還有待加強(qiáng)；鋼軌動(dòng)力吸振器在城市軌道交通得到廣泛應(yīng)用，在高速鐵路的可應(yīng)用性也值得研究。

來(lái)源：《中國(guó)鐵路》編輯部