在空天飞行器及航空航天领域,基于结构拓扑优化理论的轻量化设计应对复杂情况的需求逐步增加。对于给定的载荷,板或壳结构的刚度和振动特性可以通过增加肋或加强筋而显著增强。然而,传统隐式拓扑优化框架下的加筋设计通常存在设计变量数目多、计算效率较低、边界描述较差以及无法顺利对接传统建模软件等问题。同时针对复杂的异型结构体加筋优化问题仍需开发严谨高效的加筋优化设计算法。为了解决上述问题,本文选择了一种新的拓扑优化方法—移动可变形组件法（MMC）,该显式拓扑优化框架可以精确表示筋条骨架的几何信息,设计变量少,计算效率高,优化结果可与CAD软件顺利对接。不论是平面壳体加筋问题还是复杂的异型封闭结构体加筋问题,显式几何信息均可精确表示筋条位置和形状信息,规避了传统隐式方法繁杂的后处理操作。综上,显式拓扑优化框架对比传统隐式方法具有明显优势。本文将移动可变形组件显式拓扑优化框架应用到加筋结构的优化设计工作中。研究内容总结如下:一、基于MMC的平面壳体加筋优化设计理论基础上发展了异型双斜平面包络体加筋优化设计理论。筋条的设计变量为硬点坐标和厚度,极大降低了设计变量的数目。每根加强筋都是一个组件,采用“壳单元组件”来描述每根筋条,自由网格技术更新网格。推导得到平面开放式等高筋条和异型封闭设计域不规则筋条的严格灵敏度分析。数值算例证明了该理论在解决加筋结构体积约束柔度最小化问题的有效性和正确性。此外,该加筋理论提升了计算效率,优化结果可直接导入CAD/CAE系统方便后续设计。二、结合智能化、通用化空气舵软件研发需求和工程拓扑优化软件模块化集成开发模式,基于上述加筋理论设计开发了空气舵快速设计优化软件。软件集成的参数化建模模块、拓扑优化模块、快速几何重构模块、强度评估模块可实现轻量化空气舵结构拓扑优化并快速输出几何模型的建设目标。该软件推动了空气舵结构的新颖、高效、优化设计,大幅缩短研发周期,显著提升了异型封闭结构加筋优化技术水平。