一体化复合材料上层建筑不仅涵盖普通上层建筑的承载以及舱室作用,而且集成天线罩功能,因此上层建筑整体结构既要满足刚度和强度要求,还要具备良好的隐身性能。由于复合材料具有良好的可设计性,兼具优良的电磁性能和力学性能,是多功能一体化上层建筑的理想材料。一体化上层建筑结构的设计是以电性能设计为主导,力学性能设计为关键环节的过程。本文基于电性能及力学性能分析理论,以实现上层建筑轻量化,提高上层建筑隐身性能为目的,开展了一体化上层建筑多物理场多目标优化设计研究工作。为了开展一体化上层建筑电性能分析,根据上层建筑的设计要求,提出有关电性能的初始设计方案。同时进行了泡沫夹芯板和蜂窝夹芯板的电性能影响研究和蜂窝等效电磁参数计算的方法研究,并根据FSS夹芯结构透波性能确定透波罩工作频段。参考上述研究,确定了上层建筑外形形式以及电性能分析时的电磁波入射方向和频率,并基于物理光学法编写了针对一体化上层建筑结构的RCS计算程序,从而形成了一体化上层建筑电性能分析参数化方法。在进行一体化上层建筑的力学性能分析时,采用试验与数值模型结果对比的方式确定了泡沫夹芯板与蜂窝夹芯板的建模方式。其中蜂窝夹芯的等效模型参数计算是基于渐进均匀化原理结合有限元法,采用APDL编写的程序实现的。根据确定的夹芯板建模方式,建立了一体化上层建筑的参数化模型。在确定了上层建筑的材料属性、约束以及设计载荷后,结合等效参数计算程序,应用APDL实现了一体化上层建筑力学响应(刚度、强度)分析的参数化过程。综合上述针对一体化上层建筑的电性能及力学性能分析方法,确定了以提高隐身性能和轻量化为目标,力学性能为约束的优化设计模型。以遗传算法结合近似模型法作为优化方法,建立了一体化上层建筑的多物理场多目标优化流程。根据优化流程开展了一体化上层建筑的优化设计,结果表明:优化过程中,在保证了结构力学性能要求的基础上综合优化了上层建筑的电性能与总体质量。其中,结构轻量化和RCS减缩均达到了良好的效果,减缩效果分别达到了38.7%和24.4%。