管道作为物质输送的重要载体,广泛用于现代舰船工程领域中,例如通风换热空调系统,动力装置进排气系统等,其所引起的低频噪声问题已成为国内外学者关注的重要热点。在很多实际场合中,管道中常伴有介质流动、热场分布等复杂过程,为此,有必要开展复杂环境下管道声波传播特性与噪声控制研究。同时,管道结构声耦合现象作为管道声学典型特征,且利用结构声耦合可实现管道低频噪声的有效抑制,从而全面开展流、热环境下管道结构声耦合机理研究有助于深化对管道系统声传播特性的理解,是进行管道系统结构声学设计的前提和基础。本文开展的主要工作如下:基于能量原理建立了管道-弹性结构二维全耦合模型,采用约束弹簧来模拟结构的弹性边界条件,利用瑞利-里兹方法求解系统动力学响应特性,通过结构表面振速区域化积分来获得管道内部辐射声场。相比传统的有限元、伽辽金等建模方法,所提出基于瑞利-里兹子系统近似解析方法可以有效引入复杂子结构而无需重新推导系统耦合方程,并且可以方便考虑弹性约束边界等各类复杂因素。通过数值分析探究了结构与管道声场之间的耦合特性机理,并系统阐明了结构声耦合系统消声的边界约束效应。通过引入板结构非均匀边界约束和非规则声学背腔,建立了复杂子结构系统与三维管道声场的全耦合动力学分析模型。采用傅里叶级数叠加、边界光滑辅助函数对弹性板结构振动位移分布进行构建,并将边界弹簧约束刚度函数统一进行傅里叶级数展开,结合非规则声腔的空间坐标变换正则化处理,利用能量原理和瑞利-里兹方法导出耦合系统响应分析矩阵方程。数值仿真表明,通过弹性边界非均匀约束以及声学背腔壁面角度倾斜可以有效改变系统的耦合强度,进而改善耦合系统噪声抑制效果。同时,针对管道结构声耦合系统开展了平面波激励下系统声振耦合试验研究,验证了理论模型和预报分析的正确性。从辐射声功率、模态辐射效率和辐射模态等角度系统分析了弹性结构在管道中声辐射特性规律,全面揭示了管道结构耦合系统声振能量传输机理。利用管道结构声耦合系统的声压、振速响应求解整个耦合系统的传输声强能量流以及声强散度分布信息,探究了弹性结构辐射效率以及辐射模态与管道声场的耦合映射关系。数值结果表明,壁面弹性结构内辐射模态受到管道截至频率及其倍频的强烈影响,管道辐射模态空间分布形式以管道长度方向为主。此外,管道结构声耦合系统能量流分布在系统共振频率处呈现出明显回流现象,并且系统能量源和能量阱位置主要集中在弹性结构附近。通过对结构声耦合共振单元进行周期延拓得到管道声子晶体结构,分析了局域共振和布拉格反射带隙形成机理与特性规律。利用能量原理求解共振单元声学响应特性,通过单元间界面声压连续性建立声压传递矩阵方程,结合布洛赫波矢理论确定周期结构的色散关系以及声波带隙的分布特征。提出弹性薄膜和薄膜-附加质量管道周期结构,研究发现附加质量可以明显缓解系统对薄膜张力的依赖,强化管道系统消声效果,并且可以有效调节声学带隙位置以及两种带隙之间的耦合强度。数值结果表明通过设计薄膜张力、周期单元距离、附加质量片重量/位置等参数可以获得系统最大的声学带隙范围。建立了有流条件下管道结构声耦合系统动力学特性分析模型。基于能量原理建模框架,充分利用瑞利-里兹方法子系统建模处理的优越性,在弹性结构及声学背腔总动能、总势能以及二者耦合做功项基础上,进一步引入管道流场条件下弹性结构管道内辐射声场。对于结构在管道内辐射声压通过广义莱特希尔方程对结构表面振速积分进行修正,并考虑弹性结构表面质点振速由流场引起的不连续性。数值仿真分析了流场对薄膜结构振动以及管道声场声压分布的影响规律,探究了在管道不同流动马赫数下结构模态之间的耦合强度,以及管内流场对周期结构等效物理参量、色散关系以及声学带隙特征的影响规律。系统开展了热环境下管道结构声耦合系统声学特性、热声振荡及其稳定性抑制研究。将热环境下管道声学问题分为两种情况,一是存在温度场分布的管道声传播/结构声耦合问题,二是存在燃烧热源管道热声耦合问题及其稳定性抑制策略研究。对于任意温度梯度场分布,提出一种线性离散处理方法来快速预报声场分布特性,对于燃烧热源,通过声压以及质量连续性来确定声波经过热源处的传递函数。通过数值计算揭示不同温度场下管道结构声耦合特性变化规律,并且发现可以通过设计周期结构的单元距离来改善高温对系统消声效果的不利影响。此外,揭示了热声耦合系统中声模态以及热模态的不稳定控制机理及其可控性。本文的研究工作为管道结构声振耦合系统提供了全面的理论模型,讨论分析了复杂子结构以及更为实际的环境因素对系统声振特性的影响,基于此类结构声耦合现象开展了一系列低频宽带声压波动抑制研究并提出了较为完善的优化设计方案,相关数值结果为后续理论模型优化及振动噪声控制研究提供了参考与借鉴。