随着高速铁路网中噪声污染问题的日益突出,为确保车厢的高舒适性、重要设备的高能效运行和沿线两路居民区的高生活环境质量,吸隔声车厢体结构和声屏障结构在高速铁路轨道降噪中得到了广泛的研究和推广应用。而由于质量定律的限制,在有限的空间和质量条件下传统的吸隔声材料和结构难以满足低频宽带降噪的实际需求,因此,如何在轻量化设计的前提下实现低频宽带降噪性能是一个巨大的挑战。近二十年来,声学超材料技术发展迅速,各种打破质量定律限制的结构不断被提出,这为高速铁路轨道降噪工程中的振动与噪声控制问题提供了新的思路。为实现精细化低频宽带调控和深度轻量化的目标,本文针对薄膜型声学超材料低频宽带隔声结构提出了多种结构设计并进行了隔声性能研究,阐述了新型薄膜型声学超材料结构的隔声机理,揭示了新型薄膜型声学超材料的隔声特性调控规律,这些研究成果有望为解决薄膜型声学超材料在高速铁路轨道降噪控制问题提供理论参考。主要内容和研究成果如下:1、从薄膜预应力、薄膜厚度、附加质量面密度、附加质量尺寸和边框材料参数对传统薄膜声学超材料结构进行隔声性能仿真参数化分析,总结了传统薄膜声学超材料结构的隔声性能调控规律;创新性地选用“CHINA”的五个字母形状作为薄膜声学超材料中心质量块的不同形状,分析质量块的形状对薄膜声学超材料隔声性能的影响。研究表明“C”和“A”型的STL曲线出现了两个隔声峰,字母“N”型相较于其他形状质量块的薄膜声学超材料拥有更好的隔声幅值,但隔声频带则变窄。2、为了考虑附加质量块与薄膜之间的弹性连接对其隔声性能的影响,设计了三种复合质量型薄膜声学超材料结构形式;采用集总参数法推导了弹性层刚度变化对传统结构及三种新型结构固有频率的影响规律;通过三维有限元模型分析四种结构的隔声性能并验证其负物理特性,明确优化结构形式;针对优化结构形式,通过数值模拟揭示了弹性层结构参数及其相关参数对声传递损失和特征频率的影响规律,发现降低弹性层的弹性模量比降低薄膜预应力更容易实现对STL峰值频率精细的调整。3、为了使得薄膜声学超材料在轻量化前提下实现更优的宽频带隔声性能,提出了一种新颖的瓣状分裂环型薄膜声学超材料结构;通过实验和数值模拟阐述了薄膜声学超材料在轻量化前提下实现更优的宽频带隔声性能的工作机理;对新型结构中分裂环的结构参数和十字摆臂的材料参数进行隔声性能的参数化分析,揭示了附加质量参数对瓣状分裂环型薄膜声学超材料结构隔声性能的调控规律。通过分析表明,所提出的新型结构可以在显著的宽频带内实现较大的连续隔声峰,并且在轻量化设计的前提下展现出更优越的低频隔声性能。4、系统性地分析了双层薄膜声学超材料的隔声机理及调控规律,并基于瓣状分裂环型薄膜声学超材料隔声性能研究,设计提出一种新型的轻质宽频双层结构,并引入非对称性结构设计进一步提升瓣状分裂环型双层薄膜声学超材料的隔声性能。