近年来微型扑翼飞行器作为一个新兴的研究领域成为国内外研究热点。本工作以改善一款仿生微型扑翼飞行器的飞行性能,达到高集成度、高稳定性的机身轻量化设计为出发点,提出了仿生微型扑翼飞行器机体组件布局与拓扑优化设计问题。针对上述问题,本工作提出了一种多组件结构系统布局和拓扑设计方法,其中包含了一种描述嵌入组件轮廓的显式模型以及一种多组件结构系统材料插值方法,最后根据所提出的方法对仿生微型扑翼飞行器的机身多组件系统布局和拓扑优化设计问题进行了研究。本课题的主要工作与创新点如下:首先,为了避免以往在多组件结构系统中可移动嵌入组件冗赘复杂的描述形式,本文提出了一种描述可移动嵌入组件轮廓的显式模型,该模型利用P-范数方程和聚合函数形式精确地描述了一般规则组件轮廓和复杂组件轮廓的几何信息和嵌入位置信息。然后在经典SIMP材料插值方案的基础上,利用Sigmoid函数和组件轮廓显式模型定义了一种在多组件结构系统内平滑且连续的统一化标准材料插值模型。该模型反应了不同属性材料在接触边界的实际连接情况,为多组件结构系统布局优化和拓扑优化设计问题提供了前期基础。其次,本文提出了多组件结构系统布局和拓扑优化设计问题的最小柔度优化模型,其中包括了用单一显式方程所描述的防重叠约束,有效地减少了该优化问题产生的约束数量。然后分别推导了设计变量对于目标函数和约束条件的灵敏度。在此基础上,设计了多组件结构系统布局和拓扑优化设计问题的更新策略和优化流程,并运用MATLAB数学工具完成了多个数值算例,计算结果很好地证明了该方法的有效性和适用性。最后,为了提高微型扑翼飞行器机体系统的综合力学性能以及达到高集成度、高稳定性的机身轻量化设计目标,我们将本工作提出的方法应用在一款仿生微型扑翼飞行器样机上对机身多组件结构系统和扑翼机构进行了布局和拓扑优化设计并引入了系统质心约束。结合微型扑翼飞行器实验平台提供的力学数据,对不同系统质心约束条件下机身系统的优化设计结果进行了对比分析,讨论了引入系统质心约束对于优化进程和结果的影响,验证了该方法能有效改善机身多组件结构系统性能并完成对飞行器质心位置的精确设计。