世界上所有航空航天设计部门都有一句共同的名言:“为减轻飞机的每一克重量而奋斗”。对结构的轻量化设计是航空航天永恒不变的主题,随着复合材料生产和应用技术的不断发展,以高比强度、比刚度的纤维/环氧为代表的聚合物基复合材料逐渐成为飞行器结构设计的首选材料。发动机作为飞行器的核心零部件,提高其推重比一直是国内外研究的热点,传统方法提高有限,采用先进复合材料进行轻量化将是一种有效方法。火箭发动机用机架结构在整个发动机结构重量中占比大,若采用复合材料进行轻量化,对发动机推重比和整体性能的提升是有明显优势的。因此本文将基于复合材料应用技术和复合材料力学开展火箭发动机用机架结构轻量化设计,对其典型力学性能进行研究。本文首先针对我国火箭特点,改进设计一款火箭发动机用机架结构,并对机架结构的轴压力学性能进行理论研究,通过对机架结构在轴压载荷作用下承载初步分析,建立机架结构的简化理论模型,基于结构力学和材料力学对机架结构的承受轴压载荷进行理论推导和失效模式的分析。基于复合材料损伤演化模型的有限元仿真方法对复合材料机架主承力管件和整体机架结构建立数值模型进行研究。火箭飞行过程中由于火箭姿态方位变换、空气阻力等会导致发动机的推力发生轴向偏转,使得火箭发动机用机架承受着横向力和扭矩的作用,因此通过有限元方法对复合材料机架承受横向力和扭矩的刚强度进行分析,研究复合材料机架结构参数变化对不同方向的横向力和扭矩的承载性能影响。最后,复合材料机架结构作为火箭的大载荷主承力部件,在火箭飞行过程中发动机的伺服机构,涡轮泵及液体管路等产生的振动均会对其产生影响,因此对复合材料机架结构通过有限元方法研究其动态力学性能,主要分析了复合材料机架结构参数变化对其特征值、基频及模态振型的影响,同时对其进行了稳态动力学分析,研究在简谐激励作用下不同壁厚的复合材料机架结构的频响关系。