当前,我国的轨道交通行业伴随着《中长期铁路网规划》的深入推进而蓬勃发展,中国已经正式朝向“铁路强国”的行列迈进,铁路也成为了广大人民群众出行的重要交通方式。但是因列车高速运行而产生的噪声问题也愈发严重,如何有效控制噪声,或减弱噪声对铁路沿线周边居民的影响已成为当前的一项研究热点。近年来,超材料领域的相关研究进展飞速,以声子晶体为主要代表的声学超材料开始被研究应用于降噪领域,如何基于噪声特征设计声学超材料并利用其实现对特定频段噪声的控制是目前减振降噪领域一个重要的研究课题。本文结合声子晶体理论,在分析轨道列车运行时所产生气动噪声特征的基础上,设计并优化了声学超材料的结构与选材。利用有限元方法计算了所设计声学超材料结构的能带曲线,获得了其带隙分布范围,并进一步研究了所设计结构的隔声性能。主要工作如下:1.采用数值模拟的方式,计算某型号高速列车运行时所产生的气动噪声声源特征和远场辐射噪声数据,综合分析列车最大噪声源部位及其主要特征,以此作为声学超材料原胞设计的计算依据。高速列车缩比模型运行时所产生的噪声频段主要分布在500Hz～4000Hz,最大噪声处位于头车转向架部位,超过了85d B。2.在所设计超材料原胞的基础上,结合有限元方法,通过计算能带结构图及振型图,确定最佳的结构类型及其尺寸;再通过改变隔声原胞组成材质,得到最优原胞材质搭配:25cm长度框架,11cm半径的球形附属结构,且材料组成为“尼龙质框架+环氧树脂基体+钨芯体”。其带隙分布在1814.42Hz～4259.26Hz,整体隔声性能可以使噪声降幅在50d B～80 d B。3.针对最优结构尺寸与材质搭配下的三维声学超材料原胞,以高速列车气动噪声特征频段作为激励,用有限元方法计算单组元、四组元以及九组元隔声墙的隔声性能,分析原胞组合堆叠对其隔声性能的影响。依据高速列车实车噪声特征频段进行案例分析,并与部分现有隔声材料的隔声性能做了对比分析。结果表明,以列车实车噪声特征作为依据进行超材料结构设计,最终所得结构的带隙分布在45.19Hz～128.91Hz,占高速列车实车噪声频段的19%,并且其隔声效果在该频段也超过了75d B。本文所设计的声学超材料组合结构隔声性能优于现有隔声材料。由此可见,框架型三维声学超材料对特定频段气动噪声具有很好的抑制作用,可以作为高速铁路隔声降噪的选择方案。