轮轨系统的噪声是城市轨道交通振动噪声的主要组成部分,且城市轨道交通尤其是地铁的主要线路都在隧道内,所以轮轨噪声的形成机理以及隧道空间内轮轨噪声的声场特性是地铁噪声的重要研究方向。本文首先建立钢轨和车轮的振动计算模型、声辐射计算模型,并计算轮轨区域的辐射声功率。其次,建立隧道内轮轨噪声及隧道混响声场预测分析模型,预测相关场点的声学响应,研究轮轨噪声源在隧道内和明线上形成的辐射声场特性。论文主要研究工作如下:(1)运用频域轨道结构振动特性模型,对固定点简谐激励下钢轨的垂向振动进行了计算。运用模态叠加法计算车轮振动,并通过力锤敲击试验验证。利用轮轨联合粗糙度除以轮轨和接触区域的联合导纳计算得到轮轨接触力,并计算了轮轨粗糙度激励下的轮轨系统振动。(2)建立了基于求解Helmholtz积分方程的二维和三维直接边界元轮轨噪声预测模型并编写了数值程序,对单元数量、单元类型、CHIEF点位置和个数、高斯积分点数对程序计算结果的影响进行了讨论,通过与相关理论模型、商业软件的计算结果进行比较分析,验证了仿真模型的有效性。(3)利用二维直接边界元程序计算了钢轨自由场的声辐射效率,然后又计算了轮轨力激励下的钢轨声辐射。采用三维直接边界元计算了轮轨力激励下的车轮声辐射。结果表明,轮轨噪声中钢轨主要贡献频率范围是0-1600Hz,而车轮的主要贡献频率在2000Hz以上。(4)建立了基于声线跟踪法的隧道内轮轨噪声及隧道混响声场预测模型,计算得到相关测点的声学响应,并通过试验结果进行验证。基于验证的预测模型,计算隧道内和明线上轮轨噪声的声场特性并进行了对比。研究发现,在60km/h速度下,隧道内轮轨附近噪声声压总值高出明线上约6.2dBA。基于验证的预测模型,计算分析了隧道截面形状、隧道吸声、车体边界对隧道内轮轨噪声形成声场的影响。研究发现,在尺寸接近的情况下,圆形隧道和矩形隧道内声场总体相差不大,有明显差距的区域在靠近车体侧墙和车体顶部;隧道边界安装吸声材料对轮轨附近区域降噪效果不明显,而对车体侧墙和车顶周围区域降噪效果显著;没有车体边界时隧道内声场更均匀,有车体边界时隧道内时轮轨附近声压总值增加2.5dBA,侧墙和车顶附近小部分区域声压减小。本文的边界元研究可为边界元数值计算实现提供参考,对隧道内声场的研究可以为隧道内运行的车内噪声预测及其控制研究提供依据和参考。