塑性极限/安定性分析的直接方法可以在不考虑加载历史的条件下,得到结构在承载上大于弹性、小于极限的非失效外载荷区域,该区域允许结构进一步轻量化或者优化设计载荷。将其与尺寸优化相结合,可以很好地解决复杂载荷条件下,考虑结构疲劳的参数优化区间求解;其与拓扑优化方法结合可以使结构“冗余”的强度裕度空间分布控制在安全与有限质量之间,以实现结构更高的轻量化。主要研究工作包括:（1）基于塑性极限/安定性分析,建立了双载荷下、考虑随动强化特性的结构强度裕度的表征方法。首先解决了改进的塑性极限/安定性分析的数值求解框架下同时反映交变塑性失效、增量失效的问题,实现了两个独立载荷下、材料随动强化效应的结构极限/安定性求解;其次,搭建了以刚度最大为目标的拓扑优化基础算法框架并基于移动渐近线法进行求解;基于上述两种算法求解体系的建立,提出了一种表征拓扑优化迭代过程中及其最终构型的强度裕度方法,表征以刚度最大为目标的最终构型的安定强度裕度,并以三维Michell悬臂梁为例进行了分析验证。（2）提出了一种基于塑性极限/安定性分析的多参数联合优化方法。面向结构尺寸及参数优化问题,建立质量约束下,最优安定域的结构参数最优设计、安定约束下的结构轻量化参数设计两类问题。由于寻优问题的凹凸性未知,引入遗传算法对全局空间进行寻优,联合遗传-内点混合算法进行求解。建立的多参数双层嵌套优化算法实现了上述优化问题的求解,同时兼顾了内点法局部搜索优势和遗传算法的全局搜索能力。以铸铝横梁的标准载荷试验校验分析模型,获得其在复杂的、未知的线路载荷条件结构尺寸的安定性优化结果。（3）提出塑性极限/安定性分析与拓扑优化联合的近似方法。将安定下限定理集成到拓扑优化框架中,由安定强度重新定义拓扑优化中的有效及无效单元,在单元级上加以考虑自平衡残余应力场的影响,用安定总应力取代传统的弹性等效应力,基于伴随灵敏度分析、次序灵敏度分析,逐一衡量每个单元的优劣,构造了基于安定总应力水平的拓扑优化。三维L型支架的结果表明:在完成50%减重后,安定总应力最大值的逼近相较于初始值仅增加了17.20%,相较于刚度及等效弹性应力所得的拓扑构型,安定总应力设计的构型结果在安定极限上分别高了2.01%和9.82%,安定总应力水平的设计结果表明可在牺牲2.24%的结构刚度的基础上换取2.01%的安定强度的增加;（4）开展了金属密封舱轻量化的优化设计与分析。由于密封舱结构极高的轻量化要求,且壁板与对接框连接部位、连接框与壁板连接部位、对接框顶部3个区域优化需求不同,应用上述安定性-参数优化和安定性-拓扑优化两种方法进行联合分析。结果表明:对接框顶部子模型的弹性极限、安定极限和塑性极限分别较优化前提高了39.3%、37.77%和37.77%,这三个参数对于密封舱壁板与对接框连接部位的子模型则是-14.45%、+35.80%和+47.48%;对比基于弹性等效应力的拓扑优化结果,对接框顶部子模型在弹性极限、安定极限和塑性极限分别提高了14.71%、13.60%和13.60%,壁板与对接框连接部位的子模型则是+3.81%、+3.81%和+13.15%;密封舱整体优化后的再评估表明:在减重达16.15%后,弹性极限、安定极限和塑性极限分别牺牲了9.23%、8.46%和1.54%,安定极限仍大于实际承载19%,结构处于非失效外载荷区域。