噪声常被称为声污染,长期处于噪声环境中会对人的生理和心理产生巨大的危害。中低频噪音对人产生直接影响比高频噪声更严重,是环境治理的重点对象。消声器是工业中应用广泛的降噪设备,成为了内燃机、燃气轮机、压缩机等装置中必不可少的一部分。因此,对消声器声学性能的分析是研究其降噪特性和适用场景的重要环节。本文对圆柱形膨胀腔消声器及消声器内部阻抗结构的声学特性开展相关的研究与分析。主要研究内容如下:首先,通过将消声器分解为若干简单圆柱子声场,引入三重切比雪夫-傅里叶级数作为子声场的声压函数,利用变分法构建子声场拉格朗日泛函,建立积分公式来确保耦合面两侧相邻子声场之间的声压与速度的连续性。对声源类型进行对比分析后选择面声源作为消声器声学性能分析时的外部载荷,得到面声源输入情况下消声器的系统拉格朗日泛函,利用瑞利里兹法求解声场特征方程得到消声器的固有频率、声压响应和传递损失。计算所得消声器的中低频段固有频率与仿真结果的最大误差仅为0.09%,声压响应曲线及传递损失曲线均与仿真结果吻合良好,计算收敛速度较快,验证了本文建模和计算方法的准确性。其次,针对不同类型消声器的声学性能分析问题,通过多声场耦合及阻抗等效转化等方式建立它们的三维模型。（1）通过改变消声器几何参数分析扩张比和扩张腔长度对消声器消声性能的影响:随着扩张比的增大,消声器的传递损失增大,消声性能提高,但通过频率不变;扩张腔长度变化对最大消声量影响不大,但可调整通过频率。（2）将插入管消声器分解为五个子声场和四个耦合面建立插入管消声器三维模型,分析得到消声器进出口管的插入可使传递损失增加,且在某些频率会产生消声量峰值,峰值处消声器的传递损失达到50-60dB;当入口插入管长度为L/2、出口插入管长度L/4时,消声器低频段的通过频率被抑制。（3）在穿孔板结构两侧建立传递导纳关系,将其等效转化为耦合面进行穿孔板消声器三维建模。随着孔隙率的增加,传递损失曲线的变化率逐渐减小,当孔隙率增大到一定数值后对消声器消声性能没有影响;每个频率的噪声,都有一个最佳的穿孔板安装位置使其达到最佳的消声效果。（4）将壁面所铺设的吸声材料等效为壁面阻抗,建立不同边界条件下膨胀腔消声器三维模型,分析发现吸声材料的铺设使得壁面阻抗值减小,有效地提升了消声器的消声性能;消声器出口处的输出声压随阻抗面积的增大而减小且各阶频率处消声增量各不相同,可通过调节消声器吸声材料铺设面积来实现节约成本和减重的目的;连续分布阻抗比离散分布阻抗对输出声压的消减效果更好,且声压减小的频率范围更大;在不考虑插入管等其他抗性结构的情况下,将吸声材料布置于偏置膨胀腔消声器接近进出口管附近壁面时可使输出声压在低频段固有频率处降低8-15dB。最后,建立阻抗管传递损失测量试验平台,对不同种类消声器进行传递损失测量试验。对插入管消声器、穿孔板消声器、壁面铺设吸声材料的阻性消声器以及阻抗复合型消声器进行传递损失试验测量,所测结果均与计算及仿真结果吻合较好,证明了本文所提出的消声器三维建模及计算方法的可行性和准确性;通过调整阻抗复合型消声器内部穿孔板的位置,对阻抗复合型消声器进行优化,优化后的消声器传递损失整体提高2-3dB。