(1.大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室，大连 116024；2.大连铭云科技有限公司，大连 116023)

1 引 言

航天装备大量采用网格加筋和周期性点阵等复杂薄壁结构，其重量占装备结构干重的60%以上，轻量化需求十分迫切[1]。尤其面向以空天飞行器为代表的新一代航天装备，其承力薄壁在大型化和精细化设计的发展趋势下，往往还面临高刚度和高抗屈曲等极端承载需求，给轻量化设计造成极大挑战[2]。继续基于传统正置正交或三角形等单一规则加筋形式开展薄壁设计，已难以满足结构的轻质高承载需求，只能通过牺牲结构的力学性能来实现轻量化设计。因此，亟需发展创新结构形式，并建立相应的结构设计方法，充分挖掘结构承载潜力，为新一代航天装备的高性能承力薄壁提供支撑。

多层级结构是一类自然界常见的材料结构形式，其层级化的材料结构特点表现出高刚度、抗屈曲和抗缺陷等各种优异的力学性能[3]。这种通过丰富材料的结构层次来增强其力学性能的方法，为航天承力薄壳的创新结构设计提供了新的设计 思路。

受上述自然材料的启发，本文针对航天装备承力薄壳的高刚度和高抗失稳设计需求，提出了一种薄壁结构的多层级并发加筋拓扑优化方法，可同时给出主层级筋条布局形式和次层级点阵单胞构型，构成层级化的薄壁加筋结构形式。通过不同层级的加筋设计来满足如整体承载和局部抗屈曲等不同层次的承载需求，有效扩展了结构设计空间，发掘利用结构承载潜力，获得高承载的薄壁结构创新构型。……