加筋柱壳结构和格栅结构是航空航天领域中常见的结构形式，常常应用于大型运载火箭的级间段、整流罩和燃料贮箱等部段。减重任务对于飞行器的设计尤为重要，另外，飞行器在载荷环境、计算模型简化、几何制造公差、材料性能等方面均存在不确定性，基于可靠度的优化可以尽可能地考虑这些不确定性，获得兼备经济和安全的最优方案。　　本文面向加筋柱壳和格栅等航天器结构，建立了一个高效稳定的基于改进精度代理模型的可靠性优化框架。它以结构减重为目标，考虑结构在几何制造公差、材料性能和载荷分布方面的随机性，主要考虑轴力、弯矩、剪力和侧向外压工况下结构屈曲失稳的失效模式，对结构的几何尺寸和筋条数目进行优化设计。　　该优化框架的主要内容是，首先，按照灵敏度分析确定代理模型参变量、选择代理模型类型、扩大训练样本集的设计空间、全局搜索优化参数、放松局部设计域的精度要求的步骤建立改进代理模型，获取复杂载荷信息的统计规律以后，将载荷分布当量正态化，然后，内层采用自适应混沌控制的改进均值法获取可靠度信息，传递到外层全局寻优的演化算法进行可靠度优化，得到最优方案后，重新在最优点附近建立一个更高精度的局部代理模型，使用Monte Carlo方法对最优方案的失效概率进行验证。　　然后，本文使用该优化框架实现了对航天飞行器中两个典型构型——金属正置正交加筋柱壳结构和复合材料Kagome格栅柱壳及锥壳结构的可靠性优化工作，验证了该优化框架解决工程结构可靠性优化设计问题的有效性及高效性，并探索得出通过改变几何尺寸提高这两类结构承载效率和安全可靠性的普适性规律。　　另外，本文还提出两种在可靠性优化设计中考虑载荷随机性的方式：一种是按照载荷的真实分布把载荷允许值作为随机变量带入功能函数，另外一种是将载荷均值项与标准差项线性相加后作为一个确定值带入功能函数。在本文的优化框架下，这两种方法均能在保证结构安全可靠度要求的同时，获得减重效果最好的方案，且效果均优于基于1.5安全系数法的确定性优化效果。