本文依据工程结构优化理论和参数化有限元方法，在主框架初步设计的基础上，利用现有通用大型有限元软件MSC Patran/Nastran，对载人深潜器主框架进行了两个方面的优化设计：首先，在最初设计方案的基础上，运用MSC Patran/Nastran对主框架进行静力分析，对比计算结果和设计要求之间的差别，运用渐进结构拓扑优化方法，再加上设计人员的一些经验判断，根据重量最轻的原则，进行主框架的拓扑优化，即方案优化，得到一个满足强度条件和变形条件，同时重量相对较轻的比较合理的方案；其次，在拓扑优化的基础上，应用改进的可行方向法、序列线性规划法和序列二次规划法对主框架进行进一步的优化，即尺寸优化。尺寸优化主要做了三个方面的工作：1、在同一构件尺寸初始值下，分别应用三种算法对主框架进行优化，并对优化的结果进行分析比较；2、在同一构件尺寸初始值不同限制步情况下，分别应用三种优化算法对主框架进行优化，并对优化的结果进行分析说明；3、在改变构件尺寸初始值的情况下，分别应用三种算法对主框架进行优化，并对优化结果进行分析比较。结果表明，通过参数驱动有限元优化能够显著减轻主框架的整体重量，使材料达到最大的利用效率，提高了载人深潜器的有效负载，同时，显著提高了有限元分析的效率，具有实用意义。