报告内容摘要

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运载火箭、战略武器等航天运载器弹箭体结构要求质量轻、结构简单、内部空间大、制造工艺性和经济性好。其投掷能力、射程、生存与突防能力等战术指标，具体体现在弹体结构上有一个永恒的要求——结构轻量化设计。构成这些弹箭体结构由上至下主要是由各种结构形式的薄壳结构。因此，针对构成弹箭体主要部段的典型薄壳结构及连接构件，建立相应的结构优化设计方法，对减轻弹箭体结构重量、提高其承载能力具有重要的意义。

实现结构轻量化设计的技术途径包括：采用高比强度/比刚度的结构材料、高效率的结构形式、结构优化设计、精细化结构强度分析、以及与结构承载功能相关的多功能一体化设计等。其中，对比更换材料体系将可能带来的一系列设计不确定性风险，利用数值模拟的方法，考虑运载器复杂载荷及服役环境，更多的基于现代结构力学及结构优化理论的发展，对未来设计进行精细分析和优化设计，确定并优化结构的布局和尺寸，从而实现结构的轻量化目标，显得格外重要，但也格外困难。事实上，近代结构优化理论与方法，正是在如航天运载器的结构轻量化设计等需求中获得了不竭的发展动力。

本报告将针对弹箭体典型的薄壳结构和连接结构，介绍在应用结构优化方法进行轻量化设计时面临的新问题和新方法，包括：筒壳结构后屈曲承载的优化设计方法；考虑缺陷敏感性的网格加筋筒壳结构轻量化设计；利用结构优化确定筒壳结构轴压折减因子的新方法；考虑连接结构集中力扩散效果的拓扑优化设计等。

报告人简介

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王博，男，博士，大连理工大学工程力学系副主任、副教授，科技部973计划青年专题项目首席科学家，近五年主持国家自然科学基金2项、总装预研教育部支撑计划重点项目1项、国家863课题2项，主持航天军工单位委托的结构强度分析、结构优化设计与软件研发等研究课题近20项，担任国防科工局“国防基础科研”、“民用航天预研”等项目评审经理，曾4次获得中国航天科技集团第一研究院科学技术成果奖。

王博在结构与多学科优化、航天结构轻量化设计等领域，在AIAA Journal、Structural and Multidisciplinary Optimization、Thin-Walled Structures、Acta Mechanica Sinica、Engineering Optimization 、力学学报、固体力学学报、复合材料学报等国内外学术期刊发表论文28篇，申请国家发明专利3项（授权1项），软件著作权8个。研究工作密切结合我国新一代运载火箭、某战略武器、太阳能无人机、高超声速飞行器等国家重要航天战略装备的结构轻量化设计需求，聚焦其中的结构分析、优化设计与软件开发等应用基础研究，所取得的研究成果大部分得到了直接应用，包括：提出和积累的部分结构分析和优化设计方法写入了已获批的《运载火箭结构强度有限元分析方法》等5份系列中华人民共和国“航天行业标准”，在多种运载火箭、战略武器的大型薄壳结构强度分析和优化减重设计中取得了显著的效益，如为我国新一代运载火箭CZ-5结构优化减重645公斤，单发火箭节约发射成本2000万元；受航天军工部门委托，带领课题组历时三年，完成了我国弹箭体结构设计史上首次大型专业数字化工具的研发工作，形成的弹箭体结构分析与优化设计专业模板软件，为某现役战略武器型号和后续型号的结构研制提供了重要保障。

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