可靠度优化设计方法作为结构优化设计的一个重要发展方向,随着工程实践尤其是航空航天领域对结构可靠度要求的日益提高,可靠度优化设计方法得到了越来越多的关注。基于概率型不确定性的可靠度分析方法能够定量考虑结构中存在的各种不确定性因素,弥补了确定性优化只能以一个控制因子来粗略覆盖所有不确定性因素的缺陷。然而,可靠度优化设计面临的稳健性差效率低等问题极大制约了其在工程实践中的应用,因此,高效稳健的可靠度优化设计方法的研究具有重要意义。本文首先提出了基于功能度量法的增强步长调节法(ASSA)来改善迭代求解过程中的稳健性。ASSA方法旨在改善目前一次可靠度领域求解的效率与稳健性。ASSA方法通过使用全新的振荡识别机制,能够准确识别搜索过程错过最小性能目标点(MPTP)的情况,并且定位MPTP所在区间,限定搜索区间,增强迭代稳健性。同时,ASSA的步长调节机制能够高效逼近MPTP,大大提升收敛效率。此外,ASSA方法中没有需要预设的先验参数,保证了算法的适用性和稳定性。多个不同类型算例的计算结果表明,ASSA方法针对各种类型的问题都能够高效稳健求解。鉴于ASSA方法在功能度量法中的有效应用,通过对ASSA方法机制的适应性调整,将其成功应用于可靠度指标法问题的求解。ASSA方法应用于可靠度指标法时,同样具备优秀的计算效率与收敛稳定性,极大地改善了可靠度指标法问题的求解性能。由于可靠度优化设计本质是一个双层嵌套优化问题,导致在每个设计迭代点处都要进行一次完整的可靠度分析环节,带来了巨大的计算成本。对此,本文提出了基于改进的两点自适应非线性近似(TANA-2)函数拟合的可靠度优化设计方法,通过设定的判别准则,在目标可靠度指标超球面远离极限状态曲面时,基于TANA-2拟合函数使用ASSA方法近似求解MPTP,提升计算效率,而在足够靠近极限状态曲面时,基于真实的约束函数,使用ASSA方法求解MPTP,在关键处保证计算精度。这样,既提升了可靠度优化设计整个环节的计算效率,同时还有效保证了求解精度。此外,在两个相邻设计迭代点,保留上一迭代设计点处各功能函数MPTP方向向量作为下一迭代设计点处MPTP搜索的初始方向,通过这个策略,极大缩小了MPTP搜索前期的无效搜索范围,进一步有效提升可靠度优化设计的效率。多个可靠度优化经典算例表明,基于TANA-2函数拟合的可靠度优化设计方法能够进一步提升求解效率。