后压力框是后机身的前端框,是气密客舱与后设备舱的分界框。因为复合材料具有良好的结构可设计性、较高的比强度和比刚度等优点,目前许多商用机型,如A340、A380、B787等都采用复合材料制造后压力框球皮结构。该结构由于检查、维修、导管通过等原因,不可避免地需要多个开口。开口将会破坏纤维的连续性,引起应力集中,降低结构的承载能力。因此需要对开口结构进行补强设计,使结构满足承载要求。本文主要针对复合材料后压力框的开口区进行结构设计和分析,选择合理的开口增强方式,确定适宜的增强区域范围,达到明显增强效果,降低结构重量。首先,计算金属后压力框受内压载荷作用下开口区变形和应力分布,分析表明开口区域可以等效为受双轴拉伸载荷作用的矩形层压板。采用解析法和数值法求解开口层压板分别在单轴拉伸载荷和双轴拉伸载荷作用下的应力分布和应力集中系数,分析铺层、板宽孔径比对应力集中系数的影响,结果表明提高±45度层的比例,有利于减小双轴拉伸载荷下孔边应力集中系数。比较了插层、顺层和内衬套三种方式的增强效果,插层结构不仅效率高,并能抑制分层,应优先选用。进一步开展了受单轴和双轴拉伸载荷作用下带圆形开口复合材料层压板四种补强型式的研究。基于Hoffman准则,分析补强型式对首层失效强度的影响,再通过比较开口周围热点应力和应变的降低程度,分析圆形缺、环形、椭圆缺和矩形缺四种补强型式的补强效率。通过有限元参数化建模,分析了几何尺寸对补强效率的影响,给出了不同补强型式适合的补强范围。同时,分析了增强区域厚度和铺层对增强效果的影响。研究表明通过合理地设计补强型式可以有效地降低应力集中,提高拉伸破坏强度。利用上述研究结果,采用OptiStruct软件进行了复合材料后压力框增强区铺层厚度和铺层角度的优化设计,给出合理有效的增强结构型式。并采用Hoffman准则和限制应变方法完成了增压载荷下的强度校核。本文可以为复合材料开口结构在相似形状和载荷条件下的补强设计提供参考。