本项目属于飞行器设计与制造领域。飞行器结构的研制水平代表了一个国家高端机械装备设计制造的核心竞争力，其轻量化、高性能对飞行器整体性能、有效载荷、机动性和航程至关重要,一直是工业发达国家不懈努力抢占的技术制高点。

飞行器结构属于典型的薄壁弱刚度结构，在制造过程力/热多物理场耦合作用下和服役苛刻承载过程中极易翘曲变形与失效。中国航空工业、美国波音、洛马的飞机结构设计规范明确指出：①承受和传递气动/机械载荷（承载）、②保持内/外形几何特征（保形）是飞行器结构的两项基本要求。然而，长期以来飞行器研制往往以单纯结构承载为主线开展设计与制造，为满足保形多采用局部补强、成形/加工反复试错等手段，不仅效果差、效率低、成本高，甚至会严重破坏结构的协调性和完整性。如美国X51A高速飞行器多次因进气道异常翘曲变形导致飞行失败、我国大型飞机整体壁板因加工颤振变形导致制造周期成倍增加。上述案例表明，这种"重承载、轻保形"的理念已成为制约现代航空航天技术向高端发展的关键瓶颈。

本项目针对飞行器结构高性能、轻量化研制需求，从设计、制造两方面开展结构特征保形理论与方法研究。通过创立高精度计算模型，实现复杂薄壁结构性能的准确预测；通过构建结构形状-拓扑统一优化方法，阐明复杂薄壁结构的特征保形设计规律；通过建立高性能保形制造理论与方法，揭示典型工艺参数对结构特征保形的作用规律；紧扣国家重点型号研制迫切需求开展应用，实现复杂薄壁结构承载性能与特征保形设计制造的匹配，解决飞行器结构轻量化、高性能研制的瓶颈难题。项目团队自2002年起在国家杰出青年科学基金、面上基金、973课题、型号预研等项目支持下开展了系统深入的研究，取得的突破性进展如下：

1、创立了复杂薄壁结构的高精度计算模型，奠定了高性能设计制造的特征保形理论基础。突破了传统结构有限元计算网格划分必须与结构边界轮廓贴合的局限性，构建了结构高精度固定网格计算框架，根除了复杂异质材料结构计算网格不规则、精度低、求解规模大、几何更新繁琐的难题。创立了薄壁复材层合结构高精度高阶变形理论以及整体-局部位移协调模型，突破了经典复合材料等效单层板理论不能准确预测大尺寸薄壁复材结构层间应力和分层的瓶颈难题，奠定了特征保形设计制造的理论基础。

2、构建了结构形状-拓扑统一优化方法，阐明了复杂薄壁结构的特征保形设计规律。构建了基于水平集函数布尔极值运算的复杂结构构型建模方法，解决了贴体计算网格须实时更新、结构构型描述不精确等系列难题。建立了层合结构参数双值化空间降维新方法，大幅缩减了设计变量规模，实现了薄壁复材结构整体拓扑与分区逐层协同的高精度、高效率保形优化设计。系统分析并揭示了复杂结构整体保形与局部保形的优化设计规律，阐明了飞行器复杂结构多种构型参数的耦合影响机制。

3、构建了高性能保形制造理论与方法，揭示了典型工艺参数对薄壁结构特征精确保形的作用规律。建立了热压成形的多场关键工艺参数优化理论，发展了温度、压力多场耦合控制方法，系统揭示了多场工艺参数对结构翘曲变形的定量影响机制；建立了切削成形过程的颤振抑制理论与方法，揭示了过程阻尼力下保形精度与工艺参数的耦合作用机制，阐明了切削过程结构动刚度随材料去除的演变规律，深刻揭示了转速、切深、进给、刀具几何参数等对结构成形精度的影响规律，形成了以精准保形为目标的刀具几何、工艺参数系统匹配优化策略。

4、攻克了航空航天重点型号设计与制造技术难题，为型号成功研制提供了重要理论与方法。项目获授权发明专利20余项，软件著作权4项。成果应用于某新型战斗机复材XX结构高精度分析与计算软件开发、高速飞行器极端热力耦合载荷下全弹结构轻量化和高承载性能优化设计、运20大型壁板和运载火箭固体发动机关键裙体等薄壁结构切削变形分析与控制、C919、MA700机翼大曲率整体复材壁板结构高性能精确成形分析与控制，产生了重要的经济和社会效益。

科学价值与同行引用评价：

本项目发表SCI检索论文100余篇，含先进结构设计与制造领域顶级期刊CMAME，CS，IJMTM，IJNME等论文90余篇、ESI热点和高被引论文5篇，出版中英文著作3部，其中8篇代表性论文得到美、英、德、法等国家学者SCI他引200余次。被国际科技媒体NewsRx以New findings、New insights等作专题报道，程耿东、艾兴、申长雨、丁汉、Xie、Biermann、Altintas等多位国内外院士积极引用评价"unified model"，"benchmark"，"most advanced model"，"best ever attained"。完成人受邀担任SMO、IJMTM、IJAMT、机械工程学报、航空学报编委，连续5年入选Elsevier高被引学者，组织国际会议7次，做国际会议大会报告16次。

相关成果支撑西北工业大学机械工程学科入选国家双一流建设序列，项目第一完成人带领西北工业大学航空宇航学科在全国第四轮学科评估中获评A+，显著提升了学科研究水平和国际影响力。