随着社会的发展及文明的进步,人们对环境噪声尤其是汽车噪声的要求也越来越高。在汽车噪声振动分析中,为了降低整车开发后期实验成本和开发周期,在整车开发的前期——设计和试制阶段利用CAE软件进行振动噪声虚拟分析及优化极其必要。目前商用CAE软件的核心方法是有限元法(Finite Element Method,FEM)、边界元法(Boundary Element Method,BEM)、和无网格法(Meshfree method)等数值计算方法,它们在汽车噪声振动分析中扮演者非常重要的角色。然而,边界元法和无网格法在处理实际声学工程问题时存在计算复杂、求解效率过低等缺陷,有限元法也存在着模型刚度过高,计算精度易受网格质量和计算频率的影响等问题。另外,结构声学问题系统中由于技术、装配、测量及外部条件等因素会造成系统参数的不确定性,虽然这些参数的不确定性很小,但耦合在一起也会对最终系统的响应产生较大的误差。因此,针对声学数值计算方法的改进及结构-声学系统的不确定性研究受到声学研究人员的重点关注,希望能提高声学数值计算方法的精度、效率及工程适用性。有限元法是目前CAE软件广泛使用的数值方法,其分析声学问题时的色散误差是影响最终分析结果的重要因素。因此,有必要对有限元法求解声学问题进行改进以减小色散误差,同时也有必要对有限元法求解声学不确定问题的精度进行提升,本文在广义积分规则的基础上利用自适应遗传算法分别对无阻尼有限元模型及有阻尼有限元模型进行了优化,获得改进的有限元法求解车内声场问题;同时利用有限元-最小二乘点插值法对声固耦合系统进行了不确定分析,并验证了其分析不确定问题的有效性。论文的主要研究工作和创新型成果有:(1)针对声学FEM模型刚度过高导致数值色散误差较大而高频问题精度较差的问题,本文将广义积分规则(Generalized Integration Rules,GIR)引入到三维有限元声场分析中,通过对声学刚度矩阵及质量矩阵进行重构,推导了积分点优化有限元的优化方程,并利用自适应遗传算法求解优化方程得到有限元分析三维声场问题时的最优积分点。本文以三维管道声场模型及实际车内声腔模型为研究对象深入分析了改进之后的有限元法的计算精度与网格密度、计算频率及波的传播角度之间的关系。分析结果表明,本文提出的积分点优化后有限元法是一种比传统有限元法计算精度更高的计算方法,且具有更宽范围的计算频率。(2)声学有限元计算中色散误差的控制往往会忽略声场阻尼或阻抗。为了研究和控制阻尼或者阻抗对有限元模型精度的影响,本文针对含阻尼情况的有限元声场模型进行优化分析,将优化后的积分点应用到三维有阻尼声场模型计算中,推导三维问题的有阻尼声场有限元积分点优化方程,并利用自适应遗传算法求解得到适合三维有阻尼声场模型的最优积分点位置。以三维管道声场模型及车内声腔模型为研究对象计算声学频率响应和车内驾驶员耳旁声压水平。分析结果表明:本文提出的积分点优化后有限元法在分析三维有阻尼声场问题时同样具有比传统有限元法更高的计算精度。(3)为降低FEM分析声固耦合不确定问题时的误差,本文将有限元-最小二乘点插值法(Finite Element-Least Square Point Interpolation Method,FE-LSPIM)引入到声固耦合系统的不确定分析中,结合随机摄动法推导了不确定声固耦合问题的随机摄动有限元-最小二乘点插值法(Stochastic Perturbation-Finite Element-Least Square Point Interpolation Method,SP-FE-LSPIM),并以板结构-声场稱合模型不确定问题为研究对象对该方法进行验证。结果表明,与随机摄动有限元法相比,随机摄动有限元-最小二乘点插值法具有极高的计算精度。同时对一个实例模型进行了模态实验,实验结果与有限元-最小二乘点插值法的计算结果较好地吻合,这表明该方法具有良好地实际效果。总之,本文在声学数值计算方法方面对有限元法进行了改进并对车内声场问题中的不确定性研究进行了探索,研究了基于广义积分规则的有限元法积分点优化方式,改进了有限元法求解有阻尼声场模型的精度,同时研究了随机摄动有限元-最小二乘点插值法提高了不确定声固耦合问题的精度。数值仿真及实验表明,研究结果能够有效地用于车内声场问题的计算分析中,具有良好的工程应用前景。