运载火箭仪器舱位于加速级上部,临近有效载荷部位。通常在仪器舱端面会布置载荷承力结构,用来承受运载火箭的载荷。井字梁结构就是一种在运载火箭加速级仪器舱上普遍采用的承力结构。航空航天产品受使用条件和环境的制约,对材料提出严格要求,采用的结构材料必须轻质、高强、耐高温和耐高温腐蚀。先进复合材料具有比强度比刚度高、可设计性好、耐疲劳、耐腐蚀和阻尼抗震性好等优点,可以用在运载火箭加速级仪器舱上的井字梁结构上。由于航天器经历的环境条件与飞机或其它地面机械有很大差别,在这些特殊环境条件下,使得航天器结构的设计,除了具有一般机械设计的特征外,还具结构稳定性好,刚度设计大,尽量减轻重量等明显的特点。本文主要以结构重量最小为目标函数,以刚度、稳定性为约束条件,基于等效模型和响应面模型的二级优化设计方法,进行运载火箭加速级复合材料井字梁优化设计,最终得出结构的最优设计参数。首先通过iSIGHT的拉丁超立方试验设计方法设计抽取井字梁外形参数样本点,利用PCL语言对每一外形参数点建立有限元等效模型,并基于等效模型由NASTRAN迭代优化分析得出对应的最优厚度和目标响应,然后由iSIGHT根据参数样本点和相应的优化结果建立目标函数的二次响应面模型,通过多岛遗传算法和序列二次优化得出响应面模型的最优目标值和相应的外形参数,最后根据最优外形参数再次用NASTRAN迭代优化分析得出最优厚度及铺层顺序。通过对复合材料井字梁优化设计,得到了复合材料井字梁最优设计参数,优化结果为复合材料井字梁提供了较为合理的设计方案,为工程设计提供了参考依据。