复合材料由于比强度、比刚度大,在航空、航天结构中得到广泛的应用。尤其在近几年研制的各种新型飞机上,大大提高了应用比重,如美国F-22战机上复合材料结构重量占到了24%,大型民用飞机Boing787复合材料结构也占到了全机结构重量的50%。复合材料层合板是复合材料中使用最多的一种结构型式,它具有很好的结构可设计性。航空航天结构由于检查、维修、导管通过等原因,需要很多开口。对于复合材料层合板,开口将破坏纤维的连续性,会降低结构的承载能力,需要对开口结构进行补强设计。本文对复合材料层合板开口进行了初步的补片补强优化设计方法研究。对于矩形开口,研究了周围补片外形参数和各方向铺层厚度的优化设计。首先通过iSIGHT试验设计方法确定离散的外形参数点,由PARTRAN对每一外形参数点建立结构有限元优化分析模型,根据NASTRAN得出对应各参数点的最优铺层厚度参数和质量响应;其次利用试验数据建立结果的响应面模型,并利用优化算法求解该模型得出最优的补片外形参数;最后在最优外形参数的基础上,再次建立结构优化分析模型得出最优的铺层厚度参数和对应的目标函数值并对相关结果进行工程化处理。利用本文发展的优化设计方法,对某机翼蒙皮壁板矩形开口处进行了在拉伸和压缩载荷作用下的开口补强优化设计,设计结果显示了明显的减重效果,解决了具体工程设计中的问题。本文研究的优化设计方法具有普遍的意义,可适用于解决结构上其他位置、其他形状开口的补强设计问题。