车内噪声不仅会影响乘坐舒适性,还会危害乘员的健康。降低车内噪声已经成为学者和制造商重点关注的问题。汽车声学材料是有效阻隔和吸收车内高频噪声最重要的手段之一。针对整车高频NVH问题,设计出具有良好鲁棒性、优异声学性能的轻质声学材料具有重要工程应用价值。本文以由棉毡、PE膜、棉毡构成的ABA结构的分层复合声学材料为研究对象,基于Biot理论和传递矩阵法建立其声学模型,分析声学性能。设计了梯度孔隙率声学包装材料结构,提出了一种基于全局灵敏度分析,采用蒙特卡洛模拟对声学材料进行稳健性优化设计的方法。论文的具体研究工作如下:（1）为了获得声学材料的声学参数,分别测量了吸音棉、聚氨酯泡沫、软层棉毡和硬层棉毡样件的吸声系数和流阻。基于柔性、弹性骨架多孔材料的声传播理论模型,采用差分进化算法进行全局寻优,逆运算出声学材料的其他参数值。将所得的材料参数值代入声传播理论模型中计算其吸声系数,通过理论值与实验值的对比,验证声学参数逆运算方法的有效性。（2）本文建立了四种ABA结构的分层复合声学包装材料的声学模型,通过对比吸声系数和传递损失的理论值与实验值来进行模型验证分析。以声学包装材料各层棉毡的声学参数为研究对象,基于Sobol’s法进行全局灵敏度分析。结果表明,软层棉毡的孔隙率、流阻率、曲折因子、厚度以及硬层棉毡的孔隙率、流阻率、厚度对声学包吸隔声性能的影响较大。（3）为了分析梯度孔隙率结构对材料声学性能的影响,本文分析了四种梯度孔隙率结构和孔隙率梯度差对声学性能的影响。以较低孔隙率和层厚为设计变量,声学材料的吸声系数为目标函数进行优化。结果表明,通过对孔隙率梯度差和层厚的合理设计,可使声学材料具有更好的宽频吸声性能并有效提高特定频段内的吸声系数。（4）本文基于声学材料参数的Sobol’s全局灵敏度分析结果,对声学材料的不确定参数进行了选择与描述。以声学材料参数为设计变量,以传递损失RMS值和总质量为目标函数,采用NSGA-II法对声学材料进行多目标确定性优化及稳健性优化。结果表明,稳健性优化后声学包装材料的吸声系数RMS值较原始材料增加了35.4154%,传递损失RMS值增加了8.9155%,总质量减少了11.6619%。传递损失RMS值的标准差较确定性优化降低了11.4%,总质量的标准差降低了11.9%,声学材料隔声性能和总质量的稳健性明显提高。在此基础上,以较低孔隙率和层厚为设计变量,以材料的吸声系数RMS值为目标函数,采用MIGA对低-高梯度孔隙率结构参数进行确定性优化及稳健性优化。结果表明,稳健性优化后吸声系数RMS值较优化前提高了26.6602%。基于统计能量方法,建立了汽车前围的SEA模型。将材料参数优化及梯度设计前后的声学包装材料应用于前围的SEA模型中,对比优化前后的降噪效果。结果表明,优化后较优化前的接受腔声压级在6300 Hz处降低了3.4585 d B,汽车前围声学包质量下降了11.68%,汽车的NVH性能获得了提升。由此看出,本文的优化方法在提高声学包装材料声学性能及稳健性的同时,还能够降低材料的总质量。