绿色船舶、智能船舶等新型概念船舶的提出,使得对船舶水下辐射噪声的要求越来越严格。这涉及到船舶水下辐射噪声的预报、针对水下辐射噪声进行的结构优化设计以及配套的船舶减振降噪措施。传统的如浮筏隔振系统减振降噪的频带窄,且往往需要占用较大的设计空间。因此,本文基于设备内源激振力不变的特性,推导了用于船舶水下辐射噪声数值预报的反演力公式,将反演力用于模拟设备源激励,进行船舶结构声学优化设计;在此基础上,对典型舱段进行了声振相关性分析,筛选出高声振相关性区域,为后续声学预报与优化设计提供参考;同时将“功能基元拓扑优化方法”（FETO方法）推广到三维设计域,获得在两空间正交平面面内表现出设计泊松比特性的拓扑优化构型,提取验证其泊松比值并进行了相应的动力学分析,表明三维负泊松比超材料结构在分析的频段内表现出稳定的减振特性。工程实践中,比较容易通过台架试验获得基座面板表面的振动加速度响应。在给定振动加速度响应条件下,有限元数值计算模型中模拟设备激励的加载方式将影响后续声学预报与优化。推导了将振动加速度转换为等效设备内源激振力的反演力公式,并在舱段实验中通过对比测试得到的实测力与反演力载荷验证了反演力法。比较分析了设备弹性与刚性安装时分别采用大质量法、直接加速度法、反演力法模拟设备载荷,船舶的水下辐射噪声预报结果。进一步研究了优化调整结构尺寸后,三种激励模拟方法下船舶水下辐射噪声结果,从而优选出适用于船舶水下辐射噪声预报与优化的设备激励模拟方式。目前尚无软件对船舶有限元模型进行直接以减小水下辐射噪声为目标函数的结构优化,为了利用有限元软件计算结构振动响应的能力,分析了船舶结构单点振动与水下辐射噪声声功率的函数关系,从该函数关系出发定量分析典型舱段各区域节点声振相关性,并按不同方法对各区域所分析节点振动响应进行平均,分析了振动响应平均值与系统水下辐射声功率的相关性,确定了系统中对辐射噪声起主要贡献的区域,为实验振动检测位置以及相应的水声预报和优化提供参考。同时对舱段典型结构进行了声学敏度分析,缩小进行声学优化时的设计变量范围。选择高相关性区域各节点最小振动响应平均值为目标函数进行振动响应优化,研究间接达到水声优化的目的的效果。同时将FETO方法应用于三维空间功能基元的拓扑优化设计,以正方体功能基元为设计域进行约束条件为不同泊松比值,目标函数为最小质量的拓扑优化,得到了泊松比值分别为0.4、0.6、0.8、1.0及-0.4、-0.6、-0.8、-1.0的拓扑优化构型,提取并重建泊松比值为1和-1的构型,静力加载下的应变较好的达到预期泊松比值。分别采用梁单元与实体单元对泊松比值为1和-1的构型进行建模,在相同的边界条件下分析序构后梁模型与实体模型动力学特性,结果表明负泊松比值梁模型一阶共振频率一般低于实体单元模型相应频率。负泊松比超材料结构表现出正泊松比结构所不具备的稳定减振特性,在20Hz～200Hz的分析频段内,本文分析的负泊松比超材料结构减振效果一般在5d B～8d B区间小幅波动。