城市轨道交通正在快速发展,人们对轨道交通的乘坐舒适性和减振降噪提出了更高的要求,地铁作为城市轨道交通的主力,面临着更为严峻的挑战。因此,地铁无砟轨道出现了多样式的减振结构,但是轮轨系统却仍然存在着局部强烈振动、轮轨异常磨耗、系统结构的疲劳伤损和噪声问题。嵌入式轨道作为一种减振降噪轨道结构型式,通常是基于城市街道路面的低地板有轨电车系统设计的,在地铁中应用,将面临更高运行速度、更大轴重、更复杂线路条件等挑战,在我国地铁列车与嵌入式轨道的匹配适用性问题也尚属未知。现有的有轨电车-嵌入式轨道动力学模型和地铁列车-轨道动力学模型不可以直接用来分析新的地铁列车-嵌入式轨道系统动力学问题,嵌入式轨道应用于地铁后,与以往地铁中使用的离散支承轨道相比,嵌入式轨道结构的振动特性也需要重新认识。因此需要针对地铁列车-嵌入式轨道系统,通过仿真和试验相结合的方法,研究整个系统的动力学性能和振动噪声特性。本文针对地铁列车-嵌入式轨道系统的动力学性能和振动噪声特性,开展了以下几方面的研究工作:(1)对嵌入式轨道结构特点、动力学性能和振动噪声特性的国内外研究进展和现状进行了综述,论述了嵌入式轨道在地铁环境应用的可行性和需要研究的方向。(2)建立了地铁列车-嵌入式轨道耦合系统的动力学性能分析模型,考虑了六节编组的地铁列车系统动力学、嵌入式轨道系统动力学以及列车/轨道耦合作用等三方面内容,并开发了相应的数值程序。该模型首次将嵌入式轨道结构与地铁列车作为一个完整耦合系统,充分考虑了嵌入式轨道的连续支承特性和高分子材料的质量效应,是目前国内外最全面的地铁列车-嵌入式轨道耦合系统动力学性能计算模型。运用该模型计算了在地铁最高运营速度和轴重条件下运行通过嵌入式轨道结构时地铁列车的动力学响应,为嵌入式轨道在我国地铁环境的应用提供重要参考和依据。(3)建立了地铁列车-嵌入式轨道系统的振动噪声分析模型,模型包含了基于混合有限元-边界元方法建立的地铁车轮-嵌入式轨道系统滚动噪声预测模型、基于统计能量方法建立的运行于嵌入式轨道上的地铁列车的车内噪声预测模型、基于声线法建立的车外噪声预测模型以及基于波数有限元-边界元(2.5D有限元-边界元)方法建立的考虑隧道运行条件的环境振动预测模型。运用建立的地铁列车-嵌入式轨道系统振动噪声模型,自上而下系统地分析了嵌入式轨道系统在地铁运行条件下的振动噪声特性。(4)从地铁列车-嵌入式轨道系统的动力学性能和振动噪声特性两方面着手,对嵌入式轨道结构和材料参数的影响展开分析,以动力学性能和振动噪声特性作为目标约束条件,综合提升嵌入式轨道结构的性能。(5)基于首次在我国某地铁铺设的嵌入式连续支承无砟轨道试验线,开展地铁列车-嵌入式轨道系统的动力学性能和振动噪声特性测试:测试和分析运行于嵌入式轨道上地铁列车的稳定性和平稳性、轨道固有振动特性、列车通过时轨道及隧道振动特性、车辆关键位置的振动特性、轮轨噪声和车内噪声,并与离散支承扣件式轨道进行对比。通过对该轨道系统的测试和分析,评价嵌入式轨道的实际应用效果,验证嵌入式轨道仿真设计的准确性。