圆柱薄壳结构是一种强度高,用料少,加工制造容易,并具有优良的流体动力特性等诸多优点的结构构件,被广泛的应用在各种工程结构里。圆柱薄壳的静力稳定性研究是一个经典问题。但是,圆柱薄壳在实际工作过程中还会承受各种动载荷作用。例如,水下高速航行的细长超空泡运动体,仅有头部和尾部与水接触,其余部位都与低压汽化或者人工通气形成的超空泡接触。由于工作环境特殊(气、液两项介质)且航行速度很高,超空泡运动体比常规武器(单一介质)对结构的动力稳定性能更加敏感。所以,有必要在考虑动载荷、几何参数和物理参数的随机性以及非线性因素的情况下,对超空泡运动体圆柱薄壳舱段进行动力稳定性分析、动力稳定可靠性分析及敏度分析。主要研究内容如下:1.采用半解析有限元法建立圆柱薄壳的振动方程,并对振动方程进行解耦和傅里叶变换,得到了确定性动刚度表达式。考虑结构参数随机性,将泰勒展开法和随机因子法相结合,推导了动刚度的随机性表达式,并讨论了弹性模量、密度和阻尼等随机因素对动刚度均值和变异系数的影响。2.针对Bolotin近似不稳定区域边界的局限性,提出了一种改进Mathieu方程动力不稳定边界的方法,其核心思想是直接求解临界频率方程式的各阶行列式等式的根来获得各阶动力不稳定区域收敛的边界表达式。其中,三阶的临界频率行列式等式采用盛金公式求解,四阶的临界频率行列式等式采用置换群法结合盛金公式求解。将改进的方法与Bolotin方法进行比较,并验证了改进方法的精度比Bolotin近似方法更高,采用精度更高的改进不稳定边界可以使结构避免采用Bolotin不稳定近似公式时所隐藏的危险。3.以受周期性轴向载荷作用的细长圆柱薄壳为研究对象,根据符拉索夫的弹性壳体理论,建立了适用于细长圆柱薄壳的Mathieu方程。依据改进Mathieu方程动力不稳定边界的方法,给出了圆柱薄壳改进的动力不稳定区域边界表达式,并建立了圆柱薄壳的动力稳定性安全余量方程。提出了一种新的动力稳定可靠性分析方法——利用有限步长迭代法将各失效模式的功能函数在各自的验算点处线性化,并采用等效平面法计算结构的动力稳定可靠性指标。针对建立在不稳定区域边界基础上的安全余量方程数目众多的特点,提出了一种新的确定有效不稳定区域的方法——逐步搜索法,并对水下超空泡航行体的圆柱薄壳舱段进行了线性动力稳定可靠性分析。4.给出了细长圆柱薄壳的非线性几何方程,结合物理方程和平衡方程,建立了细长圆柱薄壳的非线性微分方程组,依据方程组中非线性项的形式,给出合理的非线性轴向和周向位移表达式,并将方程组转化为带有周期性系数的非线性微分方程式。采用伽辽金变分法,经过积分运算后得到了细长圆柱薄壳的非线性动力稳定性微分方程。将非线性动力稳定微分方程转化为非线性Mathieu方程,求解非线性Mathieu方程,得到细长圆柱薄壳的非线性临界频率方程式和第一、第二阶不稳定区域内定态振动振幅的解析表达式。对水下超空泡航行体圆柱薄壳舱段的非线性动力稳定性进行了分析,绘制了超空泡运动体的非线性参数共振曲线,分析了航行速度、载荷比例系数、轴向载荷频率和振型对共振曲线的影响。5.提出了一种基于有限步长迭代法(Limit step length iteration method)和逐步等效平面法(Step-by-step equivalent plane method)的系统可靠性敏度分析的新方法,即LSLIM-SSEPM法。验证了采用逐步等效平面法计算系统失效概率的有效性,并提出了一种按可靠性指标由高到低来安排等效路径的措施,这一措施可以提高系统失效概率的计算精度。采用基于Monte-Carlo的可靠性敏度分析方法、基于AFOSM-PNET可靠性敏度分析方法以及LSLIM-SSEPM法,分别对具有线性和非线性安全余量系统的可靠性敏度计算结果进行了比较,验证了 LSLIM-SSEPM法的精确性和高效性。采用LSLIM-SSEPM法进行了超空泡运动体圆柱薄壳舱段的动力稳定可靠性敏度分析。