轨道交通在我国经济发展和社会进步中起到了关键的作用,但随着列车运行速度的提高、运行密度的大幅增长,车辆与轨道之间的相互作用增强,引发轨道结构振动与噪声辐射。结构振动和噪声的产生本质是弹性波在介质中的传播与相互耦合,从弹性波传播角度出发可进一步解释轨道结构振动特性,阐明轨道结构中弹性波传播规律,同时为轨道结构振动噪声控制提供新的研究方法和解决思路。本文以周期性轨道结构为研究对象,开展轨道结构中弹性波传播与调控方法研究,主要研究内容如下:1.周期性轨道结构弹性波带隙特性基于传递矩阵法建立周期性轨道结构弹性波传播模型,计算得到轨道结构中不同类型弹性波带隙范围,并分析了轨道结构参数对弹性波带隙的影响规律。结合声子晶体带隙理论及有限结构模态分析,揭示了周期性轨道结构中弹性波带隙的形成机理。通过对周期性轨道结构振动传递规律以及功率流分析,验证了周期性轨道结构中的通/禁带特性。在参数分析中发现带隙边界频率和钢轨温度力密切相关,由此开展基于波模态的钢轨温度力检测研究,并结合现场试验以及室内试验解释了环境温度对垂向/横向驻波模态的影响规律。2.三维轨道结构弹性波传播特性采用波有限元方法建立三维轨道结构弹性波传播分析模型,基于模态置信准则实现不同类型弹性波的分离,并结合波模式分析阐明了轨道结构中不同类型弹性波之间的耦合与转换机制。通过群速度发生突变的位置确定了发生波模式转换的频率,并据此得到三维轨道结构中弹性波带隙范围。此外,探明了轨道结构中局域共振单元与钢轨中长波之间的单一耦合关系。利于波有限元方法可实现三维无限长周期轨道结构频率响应的高效计算,并根据结构响应验证了轨道结构中的弹性波耦合与转换特征,阐明了对称激励与非对称激励下轨道结构中振动传递规律。3.失谐/缺陷型轨道结构弹性波传播特性采用局部化因子研究了结构参数随机失谐对轨道结构中弯曲波传播衰减特性的影响,并分别对轨道结构中垂向、横向弯曲波和扭转波传播特性开展现场试验研究,根据振动传递系数验证弹性波在周期性轨道结构中衰减域特征。然后采用Floquet变换结合超元胞方法建立了带缺陷周期性轨道结构弹性波传播模型,提取轨道结构中常见的缺陷态特征并阐明了缺陷态的形成机制。同时结合Floquet变换方法建立了单元板式轨道结构弹性波分析模型,克服了传递矩阵法的数值病态问题,研究了周期性板式轨道结构中弹性波带隙特性、形成机理及缺陷态特征。4.列车荷载作用下轨道结构波动行为在波数域内推导了移动波源作用下周期性轨道结构的响应解,得到周期性轨道结构在移动简谐荷载作用下激励频率、响应频率以及波数三者之间的关系。结合周期性轨道结构频散曲线及移动简谐荷载作用下结构动力响应,研究了移动波源作用下周期性轨道结构中的弹性波传播规律,发现了轨道结构中的异常多普勒效应。分析了当激励频率分别位于带隙、通带频率范围时轨道结构响应及弹性波传播特性,得到发生异常多普勒效应的条件。然后根据波有限元方法计算得到轨道结构传递函数,在时域内建立了车辆-周期性轨道结构耦合计算模型,基于该模型分析了移动列车荷载作用下轮轨力特征以及周期性轨道结构中参数激励特性。5.周期性轨道结构弹性波调控方法基于声子晶体局域共振机理,在周期性轨道结构中引入局域共振单元,以进一步抑制轨道结构中弹性波的传播。探明了局域振子对轨道结构中弯曲波的调控规律,阐明局域共振带隙与Bragg带隙之间的耦合机制。为了实现带隙范围的拓宽,分别引入局域共振结构参数失谐特征以及多频局域共振带隙,分析不同带隙拓宽方法对轨道结构弹性波带隙的调控效果。