空气涡轮起动机属于飞机第二动力系统,与航空发动机一样,需要满足包容性规定。空气涡轮起动机的U形截面包容环是起到包容作用的主要部件,研究其包容性问题对起动机的安全性和优化设计具有重要意义。为此,本文从材料和结构入手,结合试验和数值仿真,针对空气涡轮起动机的U形截面包容环包容性展开了以下问题的研究:（1）GH625材料的准静态和动态力学性能试验研究。对某型空气涡轮起动机包容环材料镍基高温合金GH625开展了常温/高温准静态拉伸试验、常温准静态压缩试验、常温动态压缩和动态拉伸试验,获得了材料在不同温度、不同应力状态和不同应变率下的力学特性,结合试验数据和Johnson-Cook本构和失效模型,得到了GH625的材料模型参数。（2）U形截面包容环包容性能数值仿真研究。开展了平板弹道冲击和圆环抗轮盘碎片撞击的数值仿真,研究GH625材料平板和圆环在高速冲击下的失效形式和抗冲击性能,再对某型空气涡轮起动机U形截面包容环以GH625材料作为材料模型进行数值仿真评估包容性能,提出包容环结构参数优化的需求。（3）U形截面包容环结构参数优化研究。建立集成UG、Hypermesh和LS-DYNA软件的优化设计仿真流程及平台,对包容环结构进行多参数优化。首先,用优化拉丁方实验方法形成设计变量的样本点,通过对样本点自动仿真循环计算得到结果,由此构建Kriging近似模型,得到设计变量、优化目标和约束条件这些量之间的映射关系,以轻量化为目标,采用多岛遗传算法对近似模型进行优化,并在优化过程中增加新的样本点更新近似模型,提高模型精度,最终得到最优的U形包容环结构参数。