纤维增强复合材料是由高强度、低密度的纤维材料与基体组成,具有很多其它材料和结构不具有的优点或特点,如比强度和比模量很高,具有强烈的各向异性和可设计性等,近20年来,广泛应用于航空、航天、造船和汽车等领域。因此对纤维增强复合材料的研究,特别是对其结构优化设计方面的研究,成为目前人们比较关注的问题。由于复合材料的机械性能与加工制造等过程密切相关,其材料的离散度要比金属材料大;复合材料的各向异性特点使其对载荷、边界条件、环境变动等相当敏感;而且复合材料结构都工作在比较复杂的环境条件下。这些都要求结构具有较高的可靠度。因此,复合材料结构的可靠性优化设计显得十分重要,也是一个处于发展中的研究课题。由于制造工艺和制作精度等各方面的原因,复合材料层合板结构中的纤维方向角,每个单层板的厚度以及材料性能等可能会与设计值有一个偏差,而这些偏差对结构性能的影响也是设计者非常关心的问题。即不但需要结构的性能最优,而且希望结构性能对这些制作等原因造成的偏差不太敏感,具有一定的稳定性,即结构具有比较好的鲁棒性。这是一个新的研究课题。针对以上问题,本文的主要研究内容和取得的成果如下:对复合材料层合板结构的可靠性和基于可靠性的优化设计问题进行了较系统的概括和评述,在综合分析国内外研究动态和现状的基础上,提出了进一步研究的方向。建立复合材料层合板的结构可靠性分析模型。详细阐述了结构可靠度理论,采用一次二阶矩法分析了复合材料单层板的失效概率,系统失效概率的计算分别基于首层失效假定和最终层失效假定。在基于最终层失效假定的系统可靠度分析中,每个单层板分为基体破坏和纤维断裂,其极限状态由相应的失效判据来确定,某个单层板失效后修正结构的刚度,重新计算直到结构完全破坏,从而<WP=4>求得系统失效的失效序列,通过重要失效序列来分析系统的可靠度。数值算例分析了存在初始缺陷的层合板结构的失效概率,比较和讨论了两种不同失效假定下系统的可靠度。分析复合材料层合板结构的可靠性优化设计问题。在结构可靠性分析的基础上,进一步提出了复合材料的可靠性优化设计问题。以层合板结构的总厚度不变为约束,系统可靠度最大为目标函数。首次采用遗传算法分析了复合材料结构的可靠性优化设计问题。通过算例比较了遗传算法(GA)与序列二次规划法(SQP)的计算结果,证实了遗传算法用于可靠性优化设计问题的有效性。提出了复合材料层合板结构的鲁棒优化设计概念,用有限元方法对结构进行了鲁棒优化分析。采用有限元方法分析了复合材料层合板结构的最终失效强度,并以此对结构进行优化和鲁棒优化分析。结构同时承受面内和面外载荷,每个单层板分为基体破坏和纤维断裂,当某一单层失效后采用比率退化法计算结构新的刚度,然后重新计算直到求得结构的最终失效强度。以纤维方向角和层合板厚度作为设计变量,最终失效强度最大为优化目标,对结构进行优化。通过考虑目标值对结构几何参数的稳定性,建立了层合板结构的鲁棒优化分析模型。通过算例,讨论了鲁棒优化与传统优化的异同,鲁棒优化的必要性,以及本文方法的有效性。