复合材料结构分析与优化设计是新型先进导弹在研制前期就要解决的关键技术问题。本文的工程背景即为某型非圆截面导弹,其使用了大量先进复合材料结构,需要解决其全弹结构分析与优化设计问题。 本文在结构有限元建模方面,比较研究了不同处理技巧以模拟3维实体单元与板壳单元连接界面处力学特性的问题;研究将温度载荷法与多点约束方程联合使用用以对螺栓装配预紧问题进行模拟;结合工程背景针对复杂结构外形进行了高质量有限元网格划分技巧研究;并综合运用上述成果建立了某型非圆截面导弹的全弹有限元模型。 本文在复合材料结构分析方面,系统了论述了基于经典层板理论的复合材料层板结构有限元分析方法;讨论了工程软件中复合材料结构分析技术;并完成了对导弹结构静、动强度分析;综合应用非线性有限元方法研究了外载荷对结构固有特性的影响,结果表明定常气动载荷主要影响结构的低阶模态,另外结合算例对这一影响量级进行了分析。 本文在复合材料层板结构优化方面,系统论述了目前工程领域常用的针对复合材料层板的等强设计方法、多级设计方法等;对工程软件的优化分析流程和分析特色作了深入探讨;并在上述研究基础上,提出了一种适合复杂工程结构的综合优化设计方法,该方法在对层板结构进行分级分层次优化的基础上,把满应力设计与数学规划法结合起来,算例表明该方法具有一定的工程实用价值。