燃料贮箱是运载火箭的重要组成部分,其尺寸和性能决定着火箭的运载能力,共底贮箱因取消了贮箱间级间段减轻了结构重量,提高了结构效率,是未来贮箱的重要研究方向。本文针对共底贮箱结构进行了系统地研究,首先针对单层共底开展了力学性能分析,确定了共底底型,然后基于精细模型分析了贮箱结构的失效模式和螺栓连接方式,之后详细讨论了箱底缺陷对贮箱外压承载能力的影响,最后构建了单层共底贮箱优化模型,提出了四种典型的箱底补强方法,并对双层共底内外壳展开补强优化设计。本文具体研究内容如下:1.基于有限元分析研究了共底贮箱的整体与局部强度失效模式。针对不同底型的单层共底贮箱,本文首先对其在内外压工况下进行了强度和稳定性分析,以此选择合适的贮箱共底底型,然后对比了罩盒内充压与不充压时箱底的应力分布,并以此结果为基础,基于精细模型对共底贮箱整体展开有限元计算,结果表明上下箱竞争下上箱内压对共底影响更大,共底失稳是共底贮箱的主要失效模式。最后对三种双层共底贮箱螺栓连接方式进行了强度计算,结果显示轴向螺栓连接方式具有径向抗弯刚度大等优势。2.探究了典型几何缺陷对外压条件下贮箱共底承载性能的影响规律。本文在箱底分别引入了外压模态缺陷、单点凹坑缺陷和椭圆度缺陷,深入研究了扰动载荷方向和单点凹坑位置对箱底外压承载能力的影响规律,分析了共底的缺陷敏感性,结果显示外压条件下贮箱共底结构抵抗法向平面变形的能力较弱,抵抗面内切向变形能力较强,椭球共底向内凹陷刚度小,向外凹陷刚度大。3.针对贮箱共底展开了基于代理模型和多岛遗传算法的加筋优化设计。本文首先提出了四种提高薄壁椭球壳结构外压承载能力的补强设计方法,并比较了各方法最优设计的承载力提升效率,结果表明箱底顶盖加厚和纵向加筋方式效果最好,之后对双层贮箱共底内外壳进行了考虑承载力约束的轻量化设计,最终获得了满足设计需求的优化结果。