飞行器鸟撞事故对于飞行安全的威胁日益剧增,一方面鸟撞事故给世界各国造成了每年数亿元的经济损失,另一方面鸟撞试验研究成本昂贵。因此以光滑粒子流体动力学方法（SPH）为代表的有限元虚拟仿真技术在飞行器结构抗鸟撞设计及其改进设计方面发挥着重要作用。本文基于SPH方法,研究了一种典型飞机尾翼结构的鸟撞过程及变形机理,并研究了鸟撞位置、角度对结构应力、变形、能量和材料失效行为的影响,最后在此基础上分别从结构和材料两方面对尾翼前缘结构进行了改进设计。本文首先对鸟撞算法进行了数值验证,结果表明采用SPH方法模拟鸟撞刚性平板过程可以准确地反映初始冲击、压力衰减、稳态流动和冲击结束四个阶段,最终提取的撞击中心峰值压力与文献记载的试验数据相对误差约为4.3%。接着将上述鸟体模型应用于一种典型飞机尾翼前缘结构的鸟撞数值分析,分别从结构应力、应变、压力、位移和能量等多个角度分析了鸟撞尾翼前缘的全过程,挖掘了初始结构抵抗鸟撞冲击的不足之处。此外还开展了不同撞击位置和撞击角度的多工况鸟撞分析,结果表明鸟撞过程中鸟体沿靶面法向的速度会影响冲击压力分布,而切线速度则是造成单元失效的重要原因,曲翼是鸟撞过程中主要吸能部件,前梁则起到支撑结构和面外斜冲击时提供扭转刚度的作用。根据以上分析结果,着眼于疏散鸟体动能的抗鸟撞策略,以提高结构刚度和抑制变形为目标,本文分别从结构和材料两方面对前缘结构进行了改进设计,即采用增加单向斜支板结构和采用纤维金属复合材料两种优化方式。增加单向斜支板的目的是通过疏散鸟体动能来降低对曲翼结构的破坏,而采用纤维金属复合材料则直接减轻了前缘约10%质量且提高了整体刚度,并使结构在鸟撞过程中最大变形降低到初始构型约25%,此外本文对比分析了两类改进方案在提高结构抗鸟撞性能的力学机理、鸟撞过程中材料损伤形式和破坏机制等方面的不同,并研究了前缘曲率、蒙皮厚度、纤维金属复合材料构型和铺层方式对抗鸟撞性能的影响。分析结果表明,纤维金属复合材料构型在鸟撞过程中材料主要损伤形式为纤维压缩和基体拉伸,且基体拉伸为主要损伤形式,且适当地减小前缘曲率半径有利于提高刚度,但当曲率半径过小时大面积的基体损伤可能会起相反作用,因此合理的构形设计和铺层设计可显著提高结构抗鸟撞性能。最后本文将改进的前缘结构装配至尾翼整体模型进行了对比分析,验证了本文所采用的计算方法和改进方案是有效的,有限元分析的结果是合理可信的。本文开展的分析结果对工程中飞机尾翼结构损伤容限设计具有指导作用。