空天飞行器为实现远射程、长航时的设计要求,使得结构轻量化水平要求极高,进而导致承载结构以薄壁形式呈现。然而,在飞行速度超过5马赫的要求下,结构表面与空气发生剧烈摩擦产生大量热量,同时周边空气被剧烈压缩产生高温。在此种特殊环境下,空天承载舱段薄壁蒙皮将面临复杂极端热服役环境,结构在高温环境和大梯度温度场作用下极易发生热屈曲破坏。现有飞行器设计方法中缺乏相应结构设计手段,传统的加厚补强方法效率有限且不利于轻量化设计,严重制约了高性能薄壁承载结构的进一步发展。围绕上述需求,本文发展了一种面向薄壁结构的热屈曲加筋设计手段,从而为相应的结构设计提供理论基础和优化指导。本文研究内容如下:1、为实现薄壁结构热屈曲加筋设计,本文在传统变密度法拓扑优化的基础上,以结构热载荷下临界屈曲特征值最大化为目标,同时引入筋条特征几何约束,结合非线性密度过滤技术,提出了一种热载荷下薄壁结构抗屈曲加筋拓扑优化方法,实现了热载荷下薄壁结构抗屈曲加筋布局设计。2、薄壁结构蒙皮与筋条分配设置对结构热屈曲临界温度影响至关重要,本文基于上述加筋拓扑优化方法,对保持蒙皮质量恒定的热屈曲加筋设计特征进行了探究,结果表明:筋条高度越高,热屈曲临界温度越高,稳定性越好。当结构质量一定时,筋条质量占比越高,其热屈曲临界温度越高。3、针对飞行器薄壁结构在可能发生热屈曲破坏的同时兼具承载设计要求,本文在分别引入柔顺性、机械载荷屈曲的约束下,探究了不同约束条件对最优热屈曲筋条分布特征的影响。结果表明:柔顺性约束条件对结构热屈曲筋条分布特征具有一定的影响,但影响较小,筋条分布特征相似;机械载荷屈曲要求与热屈曲筋条特征差异较大,机械载荷通过集中材料提升整体刚度,而热屈曲优化结材料分布更均匀,同时断开的筋条有利于热应力释放。