目前,结构拓扑优化设计的研究多数集中于确定性优化上,而考虑不确定因素影响的拓扑优化则为数较少。结构因材料缺陷或制造误差等不确定性因素发生性能劣化甚至失效可能会造成不可挽回的重大损失。以结构拓扑优化中广泛存在的失效-安全拓扑优化设计为研究内容,以实现更安全更可靠的结构拓扑构型设计并为结构设计者提供对应的方法与技术支撑为研究目标,着重开展了考虑尺寸约束的失效-安全拓扑优化的设计工作。主要研究工作如下:第一,介绍了失效-安全的基本理论及方法。首先阐述了失效-安全的定义,然后设定了简化的局部失效模型,成功地让局部失效在优化过程中演变,最后实现了失效-安全拓扑优化设计。第二,实现了考虑最小尺寸约束的失效-安全拓扑优化设计。首先分析了Heaviside非线性投影和过滤技术在最小尺寸约束中的工作机理,建立了以结构总柔度最小为目标并包含了材料用量约束和最小尺寸约束的优化问题模型,推导得到了灵敏度信息,然后采用Kreisselmeier-Steinhauser（KS）函数进行凝聚化处理,并使用移动渐近线法求解。最后通过对比考虑多个失效区域的二维算例,验证了最小尺寸约束的引入不仅利于生产制造,也能防止微小尺寸结构内的应力过大而导致不安全的构型。第三,实现了考虑最大尺寸约束的失效-安全拓扑优化设计。通过第二次过滤和投影评估设计域中局部最大尺寸约束的满足程度,然后通过乘法操作,使不满足局部最大尺寸约束的区域内部产生孔洞,从而产生具有多传力路径的结构。最后通过多个典型优化算例验证了添加最大尺寸约束后的失效-安全拓扑优化设计具有更高的安全性。第四,将尺寸约束引入到失效-安全拓扑优化模型后,结构的安全性得到提升。在满足材料用量约束和尺寸约束的前提下,在考虑最小尺寸约束的L梁算例中,失效-安全拓扑优化设计获得的结构,与不考虑失效-安全设计的结构相比,结构安全性提升了20.42%-42.31%;在考虑最大尺寸约束的悬臂梁算例中,失效-安全拓扑优化设计获得的结构,与不考虑失效-安全设计的结构相比,结构安全性提升了7.41%-26.78%。显示了采用提出方法设计得到的拓扑结构的安全性能得到显著提高。