弯扭耦合自适应结构在固定翼飞机机翼和风力发电机叶片等结构上具有广阔的应用前景,其优化设计研究具有重要的科学意义。针对传统复合材料弯扭耦合结构存在成本过高、综合力学性能低下的缺点,本文开展了复合材料弯扭耦合结构优化设计的研究,提出了基于四类湿热稳定复合材料的弯扭耦合结构设计方案。全文主要研究内容如下:研究了单一纤维和层间混杂复合材料的综合力学特性和复合材料结构的优化设计方法。对复合材料层合板的刚度性能、屈服强度、屈曲载荷、湿热效应和鲁棒性等综合力学特性进行了研究,建立了自由铺层层间混杂层合板的计算模型,并推导了其刚度系数、热内力和热力矩的表达式。提出了基于差分进化算法的复合材料结构优化设计方法,研究了关键参数对差分进化算法效率的影响。基于湿热稳定的自由铺层拉剪耦合复合材料对弯扭耦合结构进行了优化设计。推导了利于构造弯扭耦合结构的拉剪耦合复合材料的解析充要条件,以及弯扭耦合结构扭转变形的解析表达式。以轻型战斗机机翼结构为例,利用差分进化算法对该弯扭耦合机翼结构进行了优化设计。采用数值仿真的方法,验证并对比分析了两类弯扭耦合结构的综合力学性能。采用解析法,预测了两类弯扭耦合结构的强度。提出了基于湿热稳定的自由铺层拉扭耦合复合材料的弯扭耦合结构设计方法。从湿热稳定拉扭耦合复合材料的解析充要条件出发,采用差分进化算法对层合板进行了铺层优化并设计了弯扭耦合结构。分析了铺层角度偏差对层合板湿热翘曲变形和拉扭耦合效应的影响。采用数值仿真的方法,验证了弯扭耦合结构的综合力学性能。采用解析法,预测了屈服强度并验证了设计方案的正确性。提出了基于湿热稳定层间混杂自由铺层拉剪耦合复合材料的弯扭耦合结构设计方法。推导了湿热稳定层间混杂拉剪耦合复合材料的解析充要条件,对层合板进行了铺层优化并设计了弯扭耦合结构,实现了复合材料铺层材料与铺层角度的同步优化。通过对比单一纤维复合材料刚度性能的最优解,验证了层间混杂复合材料的优势。采用解析法,分析了铺层角度偏差对层合板湿热剪切变形的影响。采用数值仿真的方法,验证了层合板的综合力学性能以及设计方案的正确性。提出了基于湿热稳定层间混杂自由铺层拉扭耦合复合材料的弯扭耦合结构设计方法。推导了湿热稳定的层间混杂自由铺层拉扭耦合复合材料的解析充要条件,对层合板进行了铺层优化并设计了弯扭耦合结构。采用解析法,分析了铺层角度偏差对层合板湿热翘曲变形和拉扭耦合效应的影响。采用数值仿真的方法,验证了层合板的综合力学性能以及设计方案的正确性。总之,论文采用多种湿热稳定的复合材料对弯扭耦合结构进行了优化设计,最终实现了提高弯扭耦合结构的综合力学性能或降低成本的目的,研究成果可为我国的自适应风机叶片和固定翼飞机机翼等弯扭耦合结构的设计提供技术支持;同时论文研究形成了更完整的复合材料弯扭耦合结构优化设计方法,具有重要的工程应用价值和科学意义。