船舶大型化、高速化的发展趋势,导致船上动力设备振动与噪声强度大大增加。这也导致船舶结构振动固有频率越来越低,对船舶的减振降噪提出了更大挑战。传统的船舶减振降噪措施,如采用双层隔振系统、浮动底板及浮筏隔振系统等,难以兼顾轻量化设计和振动噪声控制两方面的性能。本文通过设计指定正负泊松比以及零泊松比超材料,探索将其应用于船舶结构中,以实现轻量化设计和减振降噪目的。对“超材料设计的功能基元拓扑优化方法”（FETO方法）开展深入研究,讨论不同形状拓扑基结构下指定泊松比超材料设计规律,优化设计了一系列具有指定泊松比的超材料功能基元构型。对设计的最优功能基元拓扑构型进行评价与力学性能分析。结果表明,拓扑基结构的孔洞会减少材料用量,提升超材料结构的刚度与隔振性能,但不利于其构型清晰度与稳定性;圆形拓扑基结构较矩形拓扑基结构设计的构型材料用量更少,超材料结构的隔振性能也更好;三角形拓扑基结构更易获得大泊松比功能基元构型。为后续FETO方法设计指定泊松比超材料提供了参考,也为所设计的超材料在船舶上的应用打下了基础。完善FETO方法在设计零泊松比超材料时的优化模型,引入多评价点概念分别设计得到了最大柔度目标和最小质量目标优化模型下的零泊松比超材料拓扑构型,提取相应构型并数值验证了二者的零泊松比效应。将其序构为零泊松比超材料结构后分析了其静、动力学性能。研究表明,零泊松比超材料结构具有一定的承载能力,其中最大柔度目标较最小质量目标优化模型设计的超材料结构具有更好的面内比刚度与减振性能,且在某些频率点下存在较大的振级落差峰值。选取具有较好承载性能与减振性能的指定负泊松比超材料功能基元构型,设计了超材料结构的船用肋板与纵桁,并将其替换到某实船辅机舱下的纵桁与肋板结构上,进行振动与水下辐射噪声的分析。结果表明,使用该指定泊松比超材料结构对整船振动噪声的控制效果不明显,其中替换纵桁能使水下辐射噪声小幅降低,超材料结构中包含的功能基元阵列数对其减振降噪性能有一定影响。以潜艇等水下设备内壳保形为背景,将零泊松比超材料功能基元构型序构为深海双层圆柱耐压壳的环肋结构,并与传统实肋板圆柱壳和结构拓扑优化环肋圆柱壳静水压力下力学性能进行对比计算。结果表明,零泊松比超材料具有良好的保形特性,能在满足轻量化前提下,实现内壳的较小变形。对零泊松比超材料圆柱壳和实肋板圆柱壳在振动与水下辐射噪声性能及影响因素上进行对比探究。研究表明,零泊松比超材料环肋具备较好的隔振性能,可以有效降低圆柱壳的水下辐射噪声,其中超材料壁厚对圆柱壳的振动噪声性能有较大影响。说明零泊松比超材料在船舶特别是潜艇等水下设备中具有广阔的应用前景。