潜艇作为一种极具威慑力的海军装备,声隐身性能是保证潜艇生存能力与战斗力的前提和重要指标,降噪一直是潜艇的重要设计目标之一。在艇体外敷设吸声覆盖层和艇体内部使用隔声材料是实现潜艇被动降噪的两种有效途径。敷设吸声覆盖层既可以降低自身的辐射噪声,同时也会减少对探测声波的反射,“吸收”更多的探测声波以提高隐蔽性。利用轻质复合材料隔音板可以提高内部构件的隔声性能,降低艇体的辐射噪声。对声学覆盖层中空腔结构和形状的设计,能够改变材料的阻尼分布及振动特性,引起材料声学性能的变化;合理地设计碳纤维复合材料层的分布和厚度可以调整材料的刚度和阻尼的分布,从而改变对声波的反射和传播,引起材料隔声和隔振性能的变化。因此,需要构建材料的性能分析及优化方法,获得具有更高减振降噪性能的吸声和隔声材料。本文建立含多层圆柱形空腔声学覆盖层的声学分析模型,发展了声学覆盖层空腔结构优化方法,获得了若干具有较高吸声系数的新型空腔结构。构建了多软件协同的碳纤维复合材料隔音板的数值分析模型,对比分析不同材料分布和厚度对隔音板的隔声性能的影响,优化设计碳纤维复合材料隔音板的厚度分布提高其隔声性能。具体研究内容和成果如下:(1)含多层圆柱形空腔的声学覆盖层结构优化方法。针对粘弹性(橡胶类)变截面圆柱形孔腔声学覆盖层为研究对象,建立含多层圆柱形孔腔的复合声学覆盖层结构优化设计方法。利用一维声学模型,将单层圆柱形孔腔结构等效为一种特殊的等效介质,获得等效参数(等效密度和等效模量)的解析表达。结合传递矩阵法,建立含多层圆柱形孔腔的复合声学覆盖层吸声性能分析模型。以多层圆柱形孔腔的孔径尺寸为设计变量,利用遗传算法对吸声覆盖层孔腔结构开展优化设计,获得特定频段下吸声系数最大化的吸声覆盖层孔结构,并讨论了孔腔层数与声波频段对于最优构型的影响,获得了若干具有较高吸声系数的新型覆盖层结构。(2)含周期性空腔声学覆盖层性能预测及形状优化设计。基于商业有限元软件分析计算含周期性空腔声学覆盖层的吸声性能,对不同空腔形状进行优化设计。采用声学覆盖层二维对称有限元模型,并与解析解进行对比,证明该有限元模型对于声学覆盖层性能预测的正确性和有效性。讨论了两种典型空腔(梯形、指数形)与新型空腔结构声学覆盖层的吸声性能,发现空腔形状对吸声性能有重要的影响,验证了新型空腔结构较指数型空腔具有更高的吸声系数。同时分析了覆盖层的材料参数和结构参数对声学性能的影响。对第二章得到的新型空腔结构进行曲线拟合,获得了新型空腔结构孔型的解析表达式。结合线性规划方法对典型的空腔结构和新型空腔结构进行形状优化设计,获得了设计频段下最优的空腔结构。(3)复合材料隔音板隔声性能分析及优化设计。将复合材料隔音板各层材料等效为具有等效参数的均匀材料,计算了内芯材料分别为蜂窝和PET泡沫的碳纤维复合材料隔声板的振动固有频率和模态振型。构建了多软件协同的碳纤维复合材料隔音板的数值分析模型,将有限元方法与统计能量法相结合实现复合材料隔音板的隔声性能计算,与已有隔声试验的隔声曲线进行对比分析。计算多种方案复合材料隔音板的隔声性能,分析材料层厚度和材料分布对隔音板隔声性能的影响。构建了复合碳纤维材料隔音板的隔声性能优化设计方案,采用线性规划最大化的优化方法,优化对称结构的隔音板和不对称结构的隔音板的每层材料的厚度。并且优化了增加材料重量和不增加材料两种情况的隔音板材料层的厚度,有助于不同复合材料隔音板的隔声性能比较和最优选择。