噪声污染是严重的环境污染之一。随着现代工业化程度的不断提高,噪声污染日益加剧,严重影响到人们的身心健康。结构振动所产生的噪声是噪声的主要来源之一,结构声学特性优化设计可为结构降噪提供定量的和最优的设计方案,是噪声控制领域的重要研究内容。在产品设计阶段,对结构进行尺寸优化、形状优化和拓扑优化以及对结构敷设阻尼材料和吸声材料可有效改善产品的声学性能,提高产品的竞争力。本文在国家“跃升计划”专项——中国高水平汽车自主创新能力建设(简称“中气专项”)以及湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室自主课题(60870002)资助下,对基于模态振型和响应面法的结构声学特性优化设计方法进行了深入系统地研究,并实际应用于“中气专项”轿车车内声学特性优化中。论文主要研究工作和创新性成果有：(1)针对复杂结构形状难以参数化的问题,提出了一种基于模态振型的形状参数化方法,并将其用于结构声学性能分析与优化设计；研究了形状参数对结构声学性能的影响；基于结构声学数值分析方法建立了结构声学性能形状优化模型；研究了简谐激励力下的结构声学性能优化问题,以几何平板、复杂曲面和“中气专项”轿车为研究对象进行了结构声学性能形状优化设计,结果表明该方法可以有效改变结构形状,降低结构噪声。(2)针对阻尼厚度分布对声学特性的敏感程度不同的问题,提出一种基于模态振型的阻尼层敷设厚度分布优化方法,并将其应用于阻尼复合结构声学性能分析与优化设计；研究了阻尼厚度分布参数对复合结构声学性能的影响；基于粘弹性阻尼复合结构动力学分析方法、结构声学数值分析方法和优化算法建立了阻尼复合结构声学优化模型；研究了给定阻尼材料下的自由阻尼层厚度分布优化问题,以几何平板和“中气专项”轿车为研究对象进行了自由阻尼层厚度分布优化设计,研究结果表明阻尼层厚度分布优化方法有效提高了系统损耗因子,降低了结构噪声,提高了阻尼材料的利用率。(3)针对结构声学性能优化问题求解迭代计算时间太长的问题,将响应面模型引入到结构声学优化性能设计中,用响应面模型代替复杂的、具有大量自由度的结构声学数值仿真模型,结合试验设计、响应面法和优化算法建立了基于响应面法的结构声学性能优化模型,研究了简谐激励力下的结构声学性能优化问题,以封闭箱体和“中气专项”轿车为研究对象进行了基于响应面法的结构声学性能优化设计,结果表明该方法能提高优化效率,适用于复杂工程结构声学性能优化问题求解。(4)针对结构声学设计参数不确定问题,将可靠性理论引入到结构声学性能优化设计中,结合响应面法、结构声学数值分析、可靠性理论和优化算法建立了基于响应面法的结构声学可靠性优化模型,对“中气专项”轿车进行了结构声学性能可靠性优化设计,数值分析结果表明该方法能满足结构声学性能可靠度设计要求,达到结构声学性能可靠性优化设计的目的,适用于结构声学性能可靠性优化问题求解。本文在结构声学性能形状优化设计、阻尼复合结构声学优化设计和基于响应面法的结构声学性能确定性与可靠性优化设计方面做了深入地研究,提出了基于模态振型的形状参数化模型和阻尼厚度分布参数化模型,建立了基于响应面法的结构声学优化模型及不确定参数结构的结构声学优化模型,研究成果能为汽车等工业产品的声学性能优化设计提供有效途径,具有重要的理论意义与应用价值。