纤维铺层的复合材料因其优异的力学性能，被广泛应用于航天航空、深海等军工领域和民用领域，研究其可设计性可以更好的发挥结构的高强度、轻量化特性。传统直线纤维铺层的复合材料一定程度限制了复合材料结构的可设计性，为了充分发挥结构可设计的潜力，有必要研究变角度纤维铺层的复合材料以进一步提升结构的力学性能。　　本文利用有限元分析软件ANSYS建立了纤维变角度铺层的复合材料筒体的有限元模型，考虑了单一荷载(含或不含椭圆度)以及组合荷载工况下的变角度纤维筒体的优化设计：(1)分别在纯弯矩荷载或轴向压缩荷载工况下，考虑不同几何缺陷或者特定形状制造（椭圆度），以纤维路径为设计变量，屈曲失效为约束，结构抗屈曲性能最大为目标进行优化设计；（2）在压弯耦合以及弯扭耦合组合荷载工况下，以纤维路径为设计变量，屈曲失效和强度破坏为约束，两端抗弯能力最大化为目标进行优化设计。由于变刚度复合材料结构优化设计问题涉及到有限元分析及其迭代寻优，存在设计变量多，计算量大等问题。为了提高计算效率，本文利用Kriging代理模型对结构响应进行拟合，采用遗传算法(GA)对结构实施优化设计。在Kriging代理模型构建中，提出了一种混合更新方法，降低了有限元分析调用次数。　　结果表明，在圆筒结构两端纯弯曲条件下，通过基于代理模型优化所获得的变角度纤维铺层的变刚度（VS）结构相比工程常用的准各向同性铺层（QI），抗屈曲能力提高了23.9%。与QI设计的圆筒结构相比，VS设计能够很大程度弥补椭圆度造成的抗屈曲性能损失。在组合工况情况下，与QI设计相比，VS设计能够在一定程度提高结构抗屈曲性能。复合材料纤维变角度铺层优化设计增大了设计空间，通过优化设计使得结构的强度和刚度更加合理，从而使结构的内力分布更加均匀。