水下声学材料在海洋噪声控制、声波探测、声信号通讯，声隐身技术等方面发挥着重要作用。海洋噪声污染日益严重、声隐身技术飞速发展的形势，对水下声学材料的综合性能提出了更高的要求。本文主要针对水下航行器的振动噪声问题，通过理论计算、建模仿真与实验测试，开展了水下声学材料结构设计优化、吸声机制与隔振降噪机理研究，取得了静水压力下宽频强吸声机制及宽频强隔振等研究成果，为获得新一代减振降噪技术奠定基础。

本文通过研究多层阻抗梯度变化吸声材料的阻抗分布规律，提出了一种水声材料阻抗梯度设计方案。在多层阻抗梯度变化的材料声学传输模型基础上，进行200-11000Hz频段的吸声实验测试与数值计算研究。结果表明，斜入射时材料吸声性能更优。通过分析材料在声场中的位移与水介质声压分布，本文揭示了声波斜入射优于正入射的吸声机制，为水下声学材料的宽频吸声设计提供了理论参考。

在上述研究基础上，为了实现吸声材料对声波方向具有较好鲁棒性以及针对水下吸声材料轻质化，本文设计了一种空心声子木堆，首先利用有限元法建立了空心声子木堆的声学传输模型，再进行空心声子木堆水下吸声影响因素研究，并结合实验开展空心声子木堆的吸声机理研究，实验测试与计算结果表明，空心声子木堆在500-6000Hz频段内平均吸声系数达到0.8以上，能够实现轻质、宽频强吸声的良好水下降噪性能。

在实现轻质、宽频强吸声后，针对水下吸声材料耐压的工况需求，本文设计了连通水域的空心声子木堆，并研究空心声子木堆和实心声子木堆在不同静水压力下的吸声性能。实验结果表明，同样材质的空心声子木堆在静水压力下吸声优于实心声子木堆，空心声子木堆实现了在3.0MPa静水压力下吸声系数达到0.8以上的良好吸声性能。

在上述轻质、宽频、耐压强吸声研究基础上，本文从嵌入不同轴向的空气孔腔结构与提高组分材料的损耗因子两个角度，建立相应的声学传输模型，并开展空心声子木堆低频吸声性能的优化研究。计算结果表明，通过嵌入纵空气孔腔和提高软包覆层及基体的粘性均可获得500-800Hz整个频段的高吸声（吸声系数达到0.9以上）的水下声学材料吸声模型，这为设计研制耐静水压宽频强吸声的水下声学材料提供了理论支撑。

在实现轻质、低频、宽带、耐压强吸声的研究基础上，本文进一步通过减少噪声辐射源（如机械设备）振动的方法来降低辐射噪声，即采用声子玻璃和弧形衔接结构设计了一种新型轻质阻尼基座，然后用加速度振级落差表征其隔振性能，开展了不同设备激励下的基座隔振性能试验研究。结果表明，阻尼基座在20-10000Hz 的频率范围具有显著的隔振效果，相较于同尺寸钢制基座，阻尼基座的振动落差总级为12.93-14.53dB。因此，研究结果充分验证了本文设计的轻质阻尼基座具备高强度、高阻尼、宽频隔振的性能，在舰船机械设备等的减振降噪领域具有广泛的潜在应用价值。

另外，针对二维声学拓扑谷态传输中的调谐与亚波长结构问题，本文分别设计了matryoshka 结构、类石墨烯结构和阿基米德螺旋结构，前者通过旋转结构内外层实现调谐，后两者则实现了亚波长Dirac锥和边界态。

总之，本文基于水下宽频降噪的工程需求与具体科学问题，从吸声和隔振两个角度开展了对水声材料降噪机理的研究：在吸声降噪方面，本文设计了轻质、耐压、低频宽带强吸声水声材料，并进行相应吸声机理研究；在隔振方面运用水声超材料设计轻质、宽带、高强度阻尼隔振基座，为获得新一代减振降噪技术提供新的研究思路。