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从材料-结构协同设计的角度研究了热-固耦合结构的优化设计问题，将决定结构材料性质的细观参数与结构宏观几何参数作为设计变量，利用均匀化方法推导了细观设计变量灵敏度显式计算式，并结合耦合场有限元方程构造了耦合场设计变量灵敏度计算式；提出了材料-结构协同设计的三种优化设计模型．利用结构响应最小优化模型对算例进行了计算，比较了宏观设计变量优化和材料-结构协同设计优化的效果．计算结果显示，材料-结构协同优化设计可以取得较单一宏观设计变量更好的优化效果。