充气式夹芯阵列结构与传统刚性可变形阵列结构相比,前者具有体积小、质量轻、高收纳、易运输等优点。为了保证大型可展开结构设计轻量化的要求,又能提高阵列结构的刚度和强度,本文提出用一种充气式夹芯阵列结构构造的刚柔耦合充气翼的设计方案,即采用碳纤维肋板骨架结合封闭气室的设计,以取代全柔性材料的充气结构。目前尚未有完善的理论基础支撑这种设计方案,因此,本文针对充气式夹芯阵列结构的变形特性,弯曲刚度和静动力学特性开展了研究,并进一步对尺寸参数进行了多目标优化设计。首先,分析了充气式夹芯薄板结构充气臌胀时的非线性变形,建立了夹芯薄板单胞臌胀变形与充气压力下的圆心角、臌胀圆半径和薄板间距之间的定量关系式;建立充气式夹芯薄板单胞有限元模型,讨论分析了薄板面外法向加载过程中的力学特征,拟合得到充气压力和面外法向刚度的经验公式;进一步研究了弯曲加载模式下夹芯薄板单胞理论解和有限元仿真解,确定了弯曲变形的影响因素,讨论了充气压力对弯曲刚度的影响规律。其次,以对称的五薄板构造的充气式夹芯阵列结构为研究对象,建立了充气式夹芯阵列结构有限元模型,模拟薄板弯曲加载时变形过程,对比分析了充气压力对不同单胞数量的结构的弯曲刚度的影响规律;研究了充气式夹芯阵列结构的动态特性和瞬态响应,讨论充气压力、单胞数量和边界条件对动态特性的影响规律。进一步研究了扇形方式构造的充气式夹芯阵列三角翼模型,通过上述方法仿真了三角翼弯曲加载力学特性和动态特性,并通过实验验证有限元仿真模型。最后,对充气式夹芯阵列结构的尺寸参数进行优化设计。首先采用最优拉丁超立方设计方法对夹芯阵列结构参数空间进行了高效抽样,然后,以内部气体质量、弯曲刚度及结构基频作为目标函数,通过径向基神经网络模型构建了目标函数的代理模型,并验证了代理模型的精度,最后采用邻域培植多目标遗传算法对模型进行了多目标优化设计,得到夹芯阵列结构的Pareto最优解集,给出优化后的夹芯阵列结构方案,结果表明了优化后的结构的力学性能明显优于初始方案。