结构拓扑优化是一类用数学方法建立模型来寻求结构中的材料理论上最优分布的优化问题，由于其能够在提升材料的利用率的同时提升结构的设计性能，目前已被广泛应用于实际工程问题当中。燃气涡轮发动机中的结构设计问题往往制约着整机性能的提升，对此十分有必要开展发动机结构拓扑优化研究，以尽可能地消除这种影响。本文以某型燃气涡轮发动机为研究对象，考虑优化求解域对优化结果的影响，基于连续体结构优化中的变密度法，对其开展三维结构的拓扑优化研究。
　　本文首先建立了简化的盘类构件并对其开展了拓扑优化计算，初步分析了优化参数对循环对称结构拓扑优化的影响。根据某型航空发动机设计图，在几何建模软件中建立了该型发动机风扇1:1结构模型，并根据其结构特征建立了循环对称面对其进行1/18模型简化。在此基础上分析了其危险工况，对其简化模型开展了基于变密度法的结构拓扑优化研究，并对优化结果进行了模型重建与校核。
　　在分析了循环对称简化的风扇盘结构拓扑优化结果的基础上，本文提出了一种将“增加质量”和“用整体叶盘代替榫槽盘”相结合的扩大优化求解域的方法，应用该方法设计了四组拓扑优化对照算例，并分别进行了危险工况下的拓扑优化计算和优化结果的重建校核。结果表明，本文提出的方法能够在风扇盘子午面内产生更多的支撑结构和传力路径，从而能够在减轻结构质量、满足强度要求的同时提高风扇盘的刚度，进而获得更优的拓扑优化结果。
　　针对航空发动机实际工作情况下所面临的多变载荷问题，本文参考了某型涡喷发动机载荷谱，提取了四种特征转速对某型发动机风扇盘开展了多工况拓扑优化。针对发动机多转速工况下难以确定子目标权重的问题，本文基于分析层级法，提出了改进的成对比较矩阵建立方法和判别函数建立方法，进而确定了多转速工况的子目标权重系数，对前述四组拓扑优化对照算例分别开展了多转速工况结构拓扑优化研究。在研究了 60 组优化结果的基础上分析了优化参数对风扇盘多目标拓扑优化的影响规律，从优化结果中提建立了“广义Pareto前沿”，并对其中一个Pareto最优解进行了模型重建和校核，验证了本文提出的扩大求解域的方法在风扇盘多目标优化中的有效性。
　　最后本文分别采用FDM技术、SLA技术和SLM技术对本文重建的优化结果进行金属材料与非金属材料的增材制造，验证了优化设计结果的加工可行性。