随着列车向高速和轻量方向发展,旅客对列车乘车环境要求越来越高,降低列车车内噪声成为急切解决的问题。降低车内噪声的前提条件是辨识车内噪声源,了解高速列车车内噪声频谱特征,本文在对高速列车进行噪声源辨识的基础上,设计新型粘弹性阻尼材料,通过材料声学试验选择合适的粘弹性阻尼材料,研究列车粘弹性阻尼材料车厢结构一体化设计,得到国家高科技研究发展计划(863计划)基金项目“高速轨道交通减振降噪材料和结构的一体化设计技术与性能评估方法”的资助,本论文从理论和实验两个方面对粘弹性阻尼材料降低车内噪声振动进行较为细致的研究。论文主要完成以下方面的工作:　　 对高速列车各种工况下车内噪声和振动,进行加速度、声压和声强测试。试验数据表明:车内噪声的空间分布不均,主要能量集中在中低频,车速对车内噪声影响很大。通过分别运行法,确定车厢隔声玻璃门对车内噪声影响比较小,列车运行时和静止时空调系统对车内噪声有影响,空调系统主要通过引起地板振动而辐射噪声。高速列车车厢车体能很好隔离中高频轮轨噪声。通过声强、声振相干和偏相干分析,确定地板和窗户振动由转向架振动引起,地板为车内主要振动源,车内噪声主要是地板振动辐射的结构声。　　 车内噪声A计权声压级评定表明:高速列车车内噪声远远超过国家标准噪声限定值。由于车内低频噪声很大,心理声学量响度评价结果表明,A计权声压低估车内噪声的感觉响度,同时RC MarkⅠ和RC MarkⅡ两种房间声学计算结果表明,车内噪声环境不友好。为提高高速列车声学舒适性,应该降低高速列车25Hz～250Hz中低频噪声和1300Hz～2400Hz高频噪声,可以采用在这些频率段具有良好减振能力的粘弹性阻尼材料对车厢地板进行减振,从而减小高速列车车内噪声。　　 为研制新型粘弹性阻尼材料,在基于小变形的线性粘弹性的假设基础上,采用广义Maxwell线性粘弹性模型来建模粘弹性阻尼材料的本构关系,讨论广义Maxwell模型时域参数和频率内复模量的关系。广义Maxwell模型频率内参数研究表明:广义Maxwell模型能建模各种不同配方的粘弹性阻尼材料。不同Prony级数项的广义Maxwell对沥青阻尼材料材料参数的拟合计算表明:Prony级数模型能很好地逼近材料的实验数据。广义Maxwell阻尼模型的粘弹性阻尼复合结构的有限元计算表明,阻尼材料引起结构刚度改变,低频模态密集,结构的共振峰值减小。改变广义Maxwell模型的弹性模量和松弛时间,粘弹性阻尼材料的减振能力变化规律不同。　　 由于粘弹性阻尼材料的声学性能取决于阻尼性能,研究粘弹性阻尼材料在驻波管内声学性能来选择合适的阻尼材料。由于粘弹性阻尼材料在驻波管内的安装方式为周边约束,这种约束方式对粘弹性阻尼材料的中低频声学性能有很大影响。因此,采用驻波管三传感器方法,建立驻波管试件周边约束条件的三维有限元模型,研究薄板和粘弹性阻尼复合板周边约束情况下,中低频振动与隔声量和反射系数的关系,计算结果表明,薄板第一阶固有频率对薄板的隔声量和反射系数影响最大。薄板和粘弹性阻尼材料的材料和结构参数研究表明:增加薄板厚度薄板的固有频率增加,低谷处的隔声量和反射系数都减小,而增加粘弹性阻尼层厚度减小薄板的固有频率,隔声量低谷处的隔声量增加,薄板的隔声量在50Hz～1600Hz上的隔声量都增加。1/3倍频率中心频率处的隔声量比反射系数更能反映粘弹性阻尼材料窄带处声学性能的变化。　　 为从研制的三类粘弹性阻尼材料中优选100Hz～250Hz和1300Hz～1600Hz频率段阻尼性能优良的粘弹性阻尼材料,对不同厚度和配方的三类粘弹性阻尼材料进行了驻波管试验。声学试验结果表明:不同配方的粘弹性阻尼材料隔声性能相差很大；粘弹性阻尼材料的隔声性能与阻尼材料厚度以及它们与钢板基体之间厚度比值密切相关。根据1,3倍频程中心频率处隔声量的大小优选一种改性沥青阻尼板MB15、一种丁基橡胶阻尼板BR1和一种水性阻尼涂料WC2。　　 使用优选出来的三类粘弹性阻尼材料,分别对两节车厢C1和C2进行车内地板和墙壁阻尼处理,这两节车厢与未进行阻尼处理的车厢C3,同时进行实车试验测试车厢振动和噪声。三节车厢地板振动实验数据表明:阻尼材料在0.315Hz～8000Hz整个频率上降低车厢上下地板的振动；改性沥青阻尼材料和水性涂料比丁基橡胶的减振效果好,随着车速的增加,改性沥青和水性涂料的减振效果更明显；为说明地板减振能力,不能只使用振动级图来说明,还应考虑实际地板下加速度响应的不同,而引起地板上加速度响应的不同。三节车厢卧姿测点分析结果表明:安装有阻尼材料的车厢乘坐舒适性得到提高；由于人体对4Hz～8Hz范围内的振动很敏感,三类粘弹性阻尼材料对这范围的振动具有很好的抑制效果,Wk频率计权的曲线比未计权的振动加速度频谱曲线更能反应粘阻尼阻尼材料对车厢乘坐舒适性的影响。　　 三节车厢车内噪声总值和频谱分析表明:由于三类粘弹性阻尼材料减小地板振动,车内噪声31.5Hz～8000Hz也相应地减小,C1车厢的改性沥青和水性涂料的降噪效果比C2车厢的丁基橡胶好,随着车速的增加,阻尼材料降噪声能力增加。由于三节车厢车内噪声主要能量集中在低频带,车内噪声A计权声压级和Moore-Glasger响度计算结果表明:未安装阻尼材料的车厢C3车内低频噪声比较大,如果采用A计权声压级来评价阻尼材料的降噪效果,将低估阻尼材料的降噪效果,响度比A声级更准确说明丁基橡胶对车内噪声的影响。　　 虽然车厢地板整体铺设粘弹性阻尼材料极大地降低车内噪声,但不可避免地增加车厢的总重量,这为高速列车车辆轻量化发展带来挑战。根据车内六个评价点评价车内噪声的特点,考虑到响度作为车内噪声评价最重要的主观心理声学参量,提出Moore-Glasger响度模型的多响应点面板声学贡献度计算方法,分析不同设计参数的粘弹性阻尼材料降低车厢噪声的效果。建立比例缩小车厢的结构空腔耦合有限元模型,对壁板结构进行区域划分,计算空腔结构的声压响应,把线性声压级变换为等效矩阵带宽尺度的特性响度,得到需要降噪特定频率,计算每个面板在声场多个评价点特定频率下的声场贡献和和声场总贡献两个参数,计算结果表明空腔底板对声场贡献最大,需要进行自由层阻尼处理。底板和粘弹性阻尼材料层的结构参数研究表明:阻尼层越厚,降噪效果越好,但阻尼层达到一定厚度后,噪声降低的程度减小；铝合金底板的振动一声学性能比钢板要好。根据底板细划分后的响度面板贡献度计算和底板模态应变分析,得到粘弹性阻尼材料合适的安装位置。