随着高速铁路的迅速发展,人们对高速列车乘坐舒适性的要求越来越高,而车内噪声作为舒适度主要指标之一,备受人们关注。车外声源和振动引起车厢板件结构振动向车内辐射噪声,提高列车板件结构的隔声性能是改善车内声学环境的有效途径。因此,本文以高速列车车体型材结构为研究对象,在考虑结构轻量化和强度的前提下,对型材结构的隔声性能进行优化,具体研究工作如下:首先,基于2.5维结构有限元法(2.5D Finite Element Method,简写为2.5D FEM)和2.5维声学边界元法(2.5D Boundary Element Method,简写为2.5D BEM)建立了无限长薄板声振耦合模型,利用薄板振动响应、声辐射及隔声的解析理论验证了本文数值方法的准确性,分析了薄板的频散特性及波动特性,研究了入射角度、阻尼损耗因子、板厚、密度、弹性模量及泊松比等关键参数对隔声量的影响。研究结果表明,无限长薄板在有限尺寸方向表现出模态特性,在无限长方向表现出波动特性,特征波包括面内压缩波和以截面弯曲振型向无限长方向波动的弯曲波;随入射角度的增加,薄板隔声量变大,隔声“声学短路”频带变宽;薄板隔声曲线分为刚度控制区、质量控制区及吻合控制区,其中,刚度控制区主要受板的弹性模量和板厚的影响,质量控制区主要受板厚和密度的影响,阻尼损耗因子和泊松比对隔声曲线的整体趋势影响较小,为型材结构等效为单板提供了依据。为确保单板的隔声曲线与型材结构一致,等效弹性模量、等效密度及等效厚度是需要确定的主要参数。然后,利用该数值方法建立了高速列车型材结构声振耦合模型,利用文献中型材隔声试验结果进一步验证了本文数值方法的准确性,分析了型材结构的频散特性及波动特性,研究了声波入射角度、边界条件、面板和筋板厚度对混响场隔声量的影响。研究结果表明,型材截面变形在低频表现出整体模态,在高频以面板或筋板的局部模态为主;隔声低谷频率包括结构的cut-on频率、声波频散面内分量与结构频散的交点频率;边界条件只对型材低频的频散特性、隔声性能产生影响;很难用连续性、可导性和凹凸性等函数性质描述型材隔声量随面板、筋板厚度的变化规律。为型材结构隔声量优化过程中优化算法的选取指明了方向。最后,基于型材结构的频散特性初步探索出一种将结构等效为均质板的等效方法;基于单板的2.5D FEM-BEM隔声模型,以等效均质薄板面密度为优化目标,以等效均质板的隔声量、弯曲刚度及型材结构面板和筋板厚度为约束条件,建立了高速列车型材结构隔声的快速优化模型,结合梯度-有效集-多起点(GB-AS-MS)优化算法对结构的隔声进行了优化。研究结果表明,等效均质板的混响场隔声量在整个频段比原始型材结构略大,主要由等效弹性模量和等效厚度偏大引起,但其对定性的研究型材结构的隔声性能,快速、高效地实现结构的隔声优化和轻量化设计是可行的;在三角加筋、矩形加筋及梯形加筋型材中,梯形加筋型材为最优结构,因为在满足混响场平均隔声量增加3 d B、弯曲刚度不降低的约束条件下,其面密度居中,较面密度最小的矩形加筋结构更稳定,更符合结构的轻量化设计和强度设计理念。