交会对接运动模拟器用以模拟空间飞行器的交会对接过程的仿真设备。它的三维平动系统是用以实现三个平动自由度的重要构件。该系统的性能对整个模拟器的性能有很重要的影响。本文所设计的运动横梁是三维平动系统的重要构件。横梁既要支撑转台、立柱及其运动,又要沿横向轨道运动。为了保证系统精度并降低驱动负担,要求横梁刚度足够大,并最大限度降低其质量,因此,开展基于动态特性的横梁结构的优化设计十分必要。本文介绍了课题产生的背景和意义,概述了结构拓扑优化的国内外研究现状。论文以“九自由度运动模拟系统”为背景对横梁进行分级优化设计。利用拓扑优化对横梁进行布局优化,得到两种概念结构。以这两种概念结构为模型,结合工程实际情况设计了初始方案的两种横梁结构,找到对横梁结构影响最大的载荷位置,并对此载荷位置的横梁进行结构参数优化。通过对初始方案两种横梁的优化结果及动力学分析,本文进行了改进方案的横梁结构设计及参数优化设计,得到了质量和刚度分布更加合理的横梁结构。本文采用分级优化设计方法设计横梁的结构,取得了十分显著的效果。分级优化设计方法首先利用拓扑优化得到概念形状,再进行工程调整和参数优化,确定最优结构。这种设计方法克服了传统设计中初始设计仅限于经验和直觉的缺点,综合采用拓扑优化和参数优化两种优化方法,使得设计更合理、更科学。这种设计方法不仅适用于大型复杂构件的设计研究,同样适用于其他具有动态特性要求的机电及桥梁建筑等工程项目的理论研究和实际应用。