随着科学技术的进步和航空航天领域的快速发展,对材料要求变得严苛的同时,随之产生的振动和噪声问题也越来越突出,振动与噪声能够加剧机械设备的损坏,影响产品的加工精度,低频噪声甚至能够与人体的器官发生共振,影响身体健康,因此加强对低频振动和噪声控制领域的研究是非常有必要的。传统的吸声材料在工程应用中存在很多缺陷,具备特殊结构和力学性能的超材料受到人们的广泛关注。人们可以根据需要对超材料的结构参数和组成成分进行改变,获得自然界中现有材料所不拥有的或者比其他复合材料更优异的物理性能。薄膜型声学超材料拥有优良的声学性能和等效参数,比如负密度、负弹性模量和负折射等,在吸声降噪等领域具备很大的应用价值。薄膜声学超材料主要是利用嵌入薄膜与质量块发生局域共振,从而耗散声波中的能量,能够实现小尺寸控制大波长。结合Bloch理论和有限元法探索单胞的频散特性,组合不同结构参数单胞的带隙,将离散的带隙整合起来,整体拓宽带隙宽度。利用有限元法获得振动传输响应曲线,分析结构的吸声性能和力学性能,对声学超材料的结构设计有重要意义,为在传播路径上控制声波提供一种新的思路。本文主要利用有限元法对薄膜声学超材料的声学性能进行分析。对单胞进行频散特性分析,探究单胞带隙特征与结构参数和材料成分的影响规律,并探究出组合不同尺寸单胞频散特性是可行的;利用规律对声学超材料管道结构(直管、变截面管、弯管和迷宫结构)进行设计,进行瞬态响应分析,在模型输入端入射正弦波,观察其在模型中的波传播情况,并提取各组分在x方向的位移分量,证明薄膜声学超材料能够通过嵌入薄膜与质量块的共振,实现吸声;对管道模型进行有限元频域分析,绘制振动传输响应曲线,分析结构的吸声性能,发现局域共振声学超材料结构能够有效吸收低频声波;根据之前带隙与单胞结构参数的影响关系,发现质量块尺寸与薄膜尺寸对带隙影响较大,通过周期性调整质量块和薄膜尺寸进行优化,组合不同尺寸单胞的带隙范围,将离散的带隙范围整合起来,使模型在低频范围内实现4倍带宽;最后对填充材料赋予阻尼,探讨阻尼对模型吸声性能的影响,发现阻尼对高频声波有很好的吸收效果,能消除组合不同尺寸单胞之间的相互干扰作用,还能够显著拓宽带隙宽度,带隙范围为80Hz-700Hz,使设计的结构能够更加满足工程应用的要求。