水下航行体是是国家战略安全的重要保证。为了提高射程和运载效率,航行体结构一般设计为多级结构。由于连接结构中的接触、摩擦及螺栓预紧力等因素的存在,导致拉压刚度不同,并引起横纵耦合振动等非线性动力学行为。同时,水下航行体在发射出水过程中受到复杂的水动力载荷作用,会激发剧烈的结构动力响应,甚至引起结构破坏。航行体出水过程中空泡溃灭产生的水动力载荷呈现出高度的时空分布不确定性,水动力载荷作用到含有非线性连接结构的水下航行体上,产生了复杂的非线性不确定性传播问题,为水下航行体的分析与设计带来了诸多挑战。因此,连接结构的高效动力学分析模型成为水下航行体结构总体动力学分析与设计的关键。传统航行体结构总体动力设计中,为了预测结构动力响应并减少计算量,一般建立简化动力学模型进行模拟,如针对结构横向响应的线性梁模型,针对轴向响应的弹簧-质量模型等。这些模型对连接结构进行了线性等效,无法模拟由连接结构非线性引发的横纵耦合振动等非线性动力学特征,使得动力学响应预测存在很大误差,导致了水下航行体结构设计的困难。此外,线性等效模型需要通过实验或精细动力学分析确定连接结构参数,难以在具体设计方案确定前对总体结构进行较准确的可靠性分析及优化设计。因此,本文围绕水下航行体中的连接结构非线性动力学建模问题开展研究,提出基于静力响应的连接结构非线性简化动力学建模方法,建立考虑连接结构非线性的水下航行体总体动力学模型;结合水动力载荷随机特性进行水下航行体动力学响应分析和可靠性分析,提出考虑连接结构非线性的水下航行体总体动力学可靠性优化设计方法。本文的主要内容如下:1.基于连接结构拉压不同刚度以及横纵耦合振动的非线性动力学特性,提出了基于静力响应的连接结构非线性简化动力学建模方法。采用结构在拉伸、压缩、弯曲及剪切载荷下的静力响应来获取连接结构简化动力学模型参数,通过敲击模型实验验证了所提建模方法的精确性,并讨论了连接结构参数对模型刚度及结构动力特性的影响。数值和实验结果表明,所提建模方法可以高效、准确地模拟连接结构非线性动力学响应。2.将所提出的非线性连接结构建模方法与线性舱段简化建模方法相结合,建立了考虑连接结构非线性特性的水下航行体总体简化动力学模型。考虑水下航行体出水过程的水动力外载荷特性,根据试验数据建立了水动力外载荷模型,获得整个水下航行体表面的水动力压差时空分布。将以上两者结合,建立了考虑水动力载荷特性的水下航行体动力分析方法,为水下航行体结构总体结构的动力学分析提供了有效的工具。3.进一步建立了水下航行体结构随机水动力外载荷模型,研究结构内力响应统计特性;提出连接结构在弯矩、轴力和剪力共同作用下的强度失效准则,并根据极限状态面的特性提出了面向总体动力可靠性分析的等效弯矩法。将随机水动力模型施加到简化非线性动力学模型上,基于最大熵方法对结构内力响应统计特性进行了分析,并与传统线性模型的结果进行对比。结果表明,传统线性模型低估了结构的弯矩和剪力响应,并且无法预测横向载荷作用下结构的轴力响应,本文的非线性简化动力学模型则可以更准确地估计结构的内力响应统计特性。最后,基于连接结构局部精细模型,建立了连接结构在弯矩、轴力和剪力三种内力共同作用下强度失效准则,并根据最大Mises应力响应特性,提出了可以高效分析连接结构可靠性的等效弯矩法。4.基于前文研究,提出了以降低指定舱段内载荷为目标,考虑水动力载荷随机性的水下航行体连接结构可靠性优化设计方法。通过建立代理模型实现了水下航行体结构的参数化建模;建立了水下航行体可靠性优化流程,通过优化连接结构的刚度,改变其动力特性;同时考虑水动力载荷的随机性,在保证连接结构安全性的前提下,降低末级舱段内载荷,在总体设计层面上实现结构动力优化。优化后末级舱段最大弯矩载荷降低了10%以上,同时提高了航行体两个连接面的可靠度,对于水下航行体初步设计、总体动力设计等阶段具有指导意义。