随着我国城市轨道交通不断发展，而由此带来的车辆和轨道异常振动噪声问题却日益突出，影响了列车运行安全性和乘车舒适度。为了达到减振降噪的目的，常采用低噪声车轮、阻尼钢轨、减振轨道等一系列针对车辆和轨道的减振降噪措施。其中，弹性车轮由于在轮辋和轮芯之间设置了橡胶层，具有吸振和隔振能力，并显著降低簧下质量引起的轮轨冲击，从而减小轮轨间高频作用力，延长车辆和轨道零部件的使用寿命。此外，弹性车轮还被认为在降低轮轨磨耗方面具有潜在优势。因此，在现有地铁车辆上安装弹性车轮被认为是能有效降低车辆/轨道振动和噪声水平的一种潜在的有效解决方案。目前在国内弹性车轮普遍安装于有轨电车，而地铁车辆还未采用。虽然国内外基于弹性车轮开展了大量的研究并取得了一定的成果，但是基于地铁弹性车轮的三维轮轨滚动接触特性、车辆/轨道耦合动力学特性、轮轨噪声等问题并未进行深入和系统地研究。为了促进地铁弹性车轮的应用推广，有必要开展弹性车轮减振降噪机理、对列车轨道耦合动态行为的影响及使用安全性的研究。
　　本文通过理论仿真和实验室测试揭示弹性车轮的减振降噪机理和特点，主要开展了以下几个方面的研究工作：
　　（1）简要介绍了国内外在弹性车轮产品开发和研究方面的现状以及在此方面深入开展研究的必要性，并简要介绍了本文的研究思路。
　　（2）基于地铁车轮的应用环境和减振降噪要求，新设计了一种地铁弹性车轮结构。测试分析了新弹性车轮橡胶块的刚度特性，并基于测试结果建立了弹性车轮静强度分析模型，参考UIC510-5标准，校核弹性车轮的静强度，并利用Goodman曲线评估了弹性车轮的疲劳强度，校核结果表明新设计的弹性车轮的静强度和疲劳强度符合安全要求。
　　（3）开展了新弹性车轮的振动和声辐射特性实验室测试，获得了其振动响应和辐射声功率规律。利用有限元-边界元法建立了弹性车轮的噪声预测模型，并比较了弹性车轮振动声辐射的理论和试验结果，发现该模型可以较好地预测弹性车轮的振动声辐射特性。基于该模型调查了地铁实测轮轨粗糙度激励下的轮轨滚动噪声，结果表明在车内噪声显著的频带内（500~1250Hz），弹性车轮能够降低轮轨滚动噪声主要原因是其降低了钢轨在500~1000Hz频域的噪声。此外，进一步讨论了橡胶弹性模量和阻尼对弹性车轮的减振降噪效果的影响。通过实验室测试和理论模型分析，初步揭示了弹性车轮轮轨滚动噪声的降噪机理和特性。
　　（4）建立了基于弹性车轮的地铁车辆/轨道耦合动力学模型，包含车辆子模型、轨道子模型以及车辆和轨道的相互作用子模型。车辆子模型中，弹性车轮轮辋和轮芯间的橡胶层通过三向弹簧-阻尼单元模拟，可以考虑轮辋和轮芯的横移、沉浮、侧滚、旋转、摇头5个自由度。轨道子模型中，钢轨简化为铁木辛柯梁，通过弹簧-阻尼单元模拟的扣件与轨道板相连。轮轨法向力通过Hertz非线性弹性接触理论获得，切向力通过沈氏理论获得。利用有轨电车弹性车轮的测试数据验证了车辆/轨道耦合动力学模型中弹性车轮建模方法在低频的合理性。首先，基于现有地铁弹性车轮的建模，应用建立的地铁车辆/轨道耦合动力学模型，对比了刚性车轮和弹性车轮的车辆动态特性和动力学性能指标。然后系统调查了弹性车轮橡胶径向刚度和轴向刚度（变化范围1~500kN/mm）对车辆动态特性、动力学性能及稳定性指标的影响，为后续地铁弹性车轮的参数优化提供了理论指导。
　　（5）利用隐式-显式有限元方法，建立了弹性车轮三维瞬态轮轨滚动接触模型。通过引入轮轨真实几何，并将轮轨接触的非线性考虑在内，获得了弹性车轮轮轨滚动接触特性，包括轮轨力、接触应力、粘滑区分布、轴箱加速度等。在此基础上考虑了钢轨表面存在波磨和焊接接头不平顺激励，获得了两种冲击条件下的轮轨高频动态特性，并与刚性车轮结果对比，为弹性车轮的减振性能评估和后续优化提供理论基础。