该文研究的是缠绕式航天器充液贮箱.在燃料充满贮箱的状态下,对其进行结构分析和优化设计,实现贮箱重量最小的目标.贮箱采用的结构材料是以环氧树脂为基体、碳纤维为增强材料的复合材料.该文首先对复合材料结构设计的一般力学分析基础进行了阐述.针对贮箱主要承受的荷载为内压,而圆筒形箱段和半球形封头承载内压的能力最好,所以贮箱构造形式选为Cassini型.同时,贮箱的结构设计要满足强度、刚度及振动特性等设计要求.接着,该文采用优化准则法中的齿行法作为贮箱优化的设计方法.在复合材料层合板强度、刚度设计的迭代公式和灵敏度分析的基础上,推导出贮箱的优化收敛准则.建立了以贮箱单层板的厚度和层合板的层数为设计变量;以贮箱壳体的刚度、强度静力设计准则及动力学的频率控制为约束条件;以贮箱的重量最小为目标函数的优化数学模型.最后,利用有限元对贮箱的结构进行分析和优化,与铝锂合金材料相比,复合材料的贮箱重量减轻15.25﹪、频率提高30﹪.结果表明,齿行法作为贮箱优化的设计方法是有效的.针对航天器飞行过程中,燃料的不断变化会对贮箱的动力特性产生很大的影响,该文还运用ALE方法对燃料与贮箱的液固耦合作了论述和分析.在结构优化的过程中,采用了弱耦合方法对计算结构进行了简化处理,通过对频率的结果比较,其方法与ALE方法对频率计算基本吻合;对充液量的变化对贮箱固有频率的影响分析,发现在深箱时频率随燃料量的减少而降低,呈硬式非线性动力学特征,在浅箱时频率随燃料量的减少而增加,呈软式非线性动力学特征的变化规律.这些结论将为今后贮箱的设计提供参考.