复合材料结构具有优越的力学性能,广泛应用于船舶、航空航天等领域。为充分利用纤维增强复合材料结构的优越性能,高精度的结构建模和设计已成为复合材料工程应用中重要环节。准确的组分性能是材料设计及结构设计的基础信息,但是复合材料制造过程中会导致材料细观性能发生明显变化。开展成型后复合材料细观参数的识别具有十分重要的理论意义和应用价值。本文基于纤维增强复合材料宏-细观模型,分别利用灵敏度分析和遗传算法开展了纤维增强复合材料组分弹性和组分强度的识别研究。基于结构动特性和强度优化需求,开展了薄壁加筋结构的优化设计研究,细观上优化了复合材料纤维体积含量、宏观上优化了薄壁加筋板的加筋方式、铺层方向及铺层数目等。具体研究工作包括:首先,基于灵敏度分析方法提出一种复合材料组分弹性参数的识别方法。在细观纤维增强复合材料有限元模型基础上,构造静态位移场对复合材料组分弹性参数的灵敏度矩阵,以测量位移和有限元计算位移差的二范数为目标函数,在参数识别算法中引入相对灵敏度和条件数计算等方法,解决参数识别过程中的不适定性问题。分别以纤维增强复合材料和2.5维编织复合材料为对象,验证了所提出算法的精度和效率,并从灵敏度分析方法、测点选择、测量误差等三个方面讨论了其对参数识别结果的影响。其次,基于遗传算法提出一种纤维增强复合材料组分强度参数的识别方法。基于Chamis强度分析模型,建立纤维增强复合材料组分结构参数和宏观等效参数之间的关系,以Tsai-Wu失效准则判定单元宏观尺度的强度失效完成正问题。基于遗传算法全局搜索的方式识别复合材料层合板的强度参数,再结合已识别的组分弹性参数基于Chamis强度模型公式反推复合材料组分强度参数。分别以单向复合材料层合板和多向复合材料层合板为对象,验证了提出的组分强度参数识别方法。最后,提出一种复合材料薄壁加筋结构的优化设计方法。结合静强度和结构频率响应两方面的优化需求,以薄壁结构的质量最小为目标函数,开展纤维体积含量,结构加筋方式,层合板铺层顺序和数目以及加强筋尺寸等方面的优化设计,为工程中复合材料加筋结构提供一种设计方法。