圆柱壳是航空航天飞行器较常见的结构,如飞机机身、导弹弹体等结构,随着现代飞行器对结构的轻量化和飞行速度的要求不断提高,其设计面临着在结构的轻量化设计时,除满足强度要求外,还必须满足因高速飞行导致结构存在气动力与气动热作用下的刚度要求,即需要考虑气动力、气动热、弹性力和惯性力耦合产生的非线性热气动弹性问题。纤维增强复合材料已成为现代高速、轻量化飞行器结构设计的一种先进材料。复合材料的铺设角度与铺层方式等都会对总体刚度产生影响,且在高温下材料的力学性能会发生变化,应用此类材料的薄壳结构在气动力与气动热综合作用下的热气动弹性问题更加复杂。己有的理论和方法已不能很好的解决这些问题,需要发展新的理论和方法。本论文工作以纤维增强复合材料构成的圆柱壳结构为对象,主要针对在气动力、气动热的综合作用下,圆柱壳的不同纤维铺层和铺角对其热气动弹性的影响,即纤维增强复合材料圆柱壳热气动弹性的刚度设计基础问题,开展了相应研究,其研究对发展相应基础理论和方法具有一定的科学与现实应用的意义。本论文研究的纤维增强复合材料圆柱壳热气动弹性的刚度及稳定性设计基础问题,主要包括热弹性静力学稳定性即热屈曲问题,热弹性动力学即热模态问题,热气动弹性动力学稳定性问题即热颤振问题。针对前两个问题,采用数值分析方法,开展了几何参数、复合材料铺设角度及铺层方式等对屈曲温度、屈曲模态、振动模态等的影响作用研究。对于热气动弹性稳定性问题,基于非线性应变位移关系,计及热应力作用及材料性能的温度非线性效应,使用一阶活塞理论计算非定常气动力,分析了复合材料圆柱壳在温度的影响下的颤振边界与颤振频率,同时进行时域求解得到颤振的时间历程图与相图,分析了复合材料的各向异性及材料性能的温度效应、非均匀温度分布等对颤振振幅与振型的影响。研究获得的主要结论为:气动加热产生的面内热应力会降低圆柱壳结构的整体刚度,进而降低圆柱壳的静力学与动力学稳定性,导致热屈曲现象,以及固有频率和颤振边界线性降低,颤振振幅升高;温度梯度对颤振频率的影响较小,对圆柱壳的动力学稳定性影响较大,圆柱壳前端温度较高时温度梯度的存在会提高颤振稳定性;材料力学性能受温度影响引起的稳定性变化不可忽视,热膨胀系数的变化对颤振气动力影响较大,而弹性模量对颤振频率的影响更大;增加90°层可明显增加圆柱壳的弯曲刚度,提高圆柱壳的稳定性及振动频率,特别是将90°层布置在外侧时,温度梯度较大或温度峰值位于圆柱壳前端时,增加90°层可以增加颤振边界。通过对复合材料圆柱壳铺设角度等在热环境下对圆柱壳静力学及动力学失稳的影响作用的研究,可以为进一步对高速气流中复合材料圆柱壳结构的总体设计,对圆柱壳结构的几何外形设计、材料选取与复合材料铺层设计等的优化工作提供指导。