由于加筋结构具有较高的比高度和比强度,目前被广泛用于航空航天工业。同时,为了满足装配、管路铺设等需求,这类薄壁结构的开口不可避免,将会引起结构材料与应力的不连续。在飞行过程中,开口的不连续性会导致壳体的极限承载能力显著降低。因此针对薄壁结构的开口补强研究具有重要意义。相对于直筋补强,曲筋的优化设计潜力更大且补强效果更佳。故本文的研究内容为:建立多开口曲筋加强板的确定性优化设计框架以及可靠度优化设计框架,并证明曲筋开口补强相对于直筋开口补强的优势。对本文的工作阐述如下:(1)建立了曲筋加强板的确定性优化设计框架。针对典型航空加筋板算例,开展了同等工况下直筋加强板和曲筋加强板的优化设计。结果表明直筋本身会对设计空间进行缩小,而曲筋加强板中的筋条占重比更大,有更好的开口补强作用。同时,曲线加筋形成的张力场更有利于载荷沿筋条的扩散,曲线加筋还可以根据开口的相对位置和形状来自适应地改善其传力路径。(2)进一步,开展了考虑多变量的曲筋加强板的双层优化设计和多开口加筋壳的优化设计。第一个优化设计考虑了筋条的不等厚,蒙皮的分区域不等厚以及开口附近的加强环。第二个优化设计为四分之一圆柱壳结构,仅分析了筋条布局的单方面影响。在此基础上,对优化的加筋板做了缺陷敏感性分析。结果发现,曲筋加强板尽管对缺陷更加敏感,但是仍然具有很大的实际承载优势。(3)建立了曲筋加强板的可靠度优化设计框架。该框架共分三步,首先开展确定性优化设计,基于所有设计变量的全局寻优;然后固定筋条的布局,开展其他设计变量的基于代理模型的可靠度优化设计;接着进行筋条布局的局部确定性优化设计。最终给出基于框架的曲筋加强板的最优设计。本文的设计研究工作建立了多开口曲筋加强板的确定性优化设计框架和可靠度优化设计框架。同时,考虑了其对缺陷的敏感性,并探究了曲线加筋优势的内在机理。对曲筋加强板的优化设计具有一定的参考价值。