为研发一款高效结构拓扑优化软件,本文以完全自主实现拓扑优化并最大化求解效率为目标,基于变密度法的相关理论知识,从实际商业软件开发的角度出发,采用C++开发了覆盖拓扑优化全流程的三维拓扑优化软件。本文主要研究内容如下:首先对与三维结构拓扑优化问题,本文充分研究了基于SIMP的材料插值模型和棋盘格、灰度单元等现象,明确了后续软件开发过程中需要解决的问题;并对优化流程中有限元求解与拓扑优化求解的数学原理进行了详细的公式推导与论述,完善了软件研发的理论基础。基于上述基础,分析确定软件完成优化求解需要的模块及功能并对软件的数据结构进行说明。针对单元过滤提出分区过滤法提高搜索效率;对材料分布发生改变的结构,用更新的方法重新获取刚度矩阵来降低时间开支;分析对比了刚度矩阵压缩存储的几种策略,选择了列压缩的方式降低内存占用并方便求解。由于优化过程中平衡方程求解占用时间最多,使用自主研发GPU并行求解器求解平衡方程,进一步实现对问题的高效求解。基于以上工作基础,最终研发了一款用于解决大规模三维拓扑优化问题的快速求解软件。考虑到实际应用过程中软件需要解决的问题种类繁多且用户硬件条件也存在差异。为保证软件的适用性,进一步进行了拓展开发。在求解平衡方程时,用户还可以选择自主研发求解器之外的第三方矩阵求解库。同时还开发了外部求解器调用模块,优化流程的有限元求解部分可以调用ABAQUS求解器完成。并通过数值算例,对软件的各个模块及整体求解效率进行对比分析,验证了软件的可靠性和精确性。将静态结构优化问题拓展到动态,开发了基于等效静载法的动态拓扑优化模块,实现了对动态问题的求解。并使用GPU并行求解器提高基于等效静载法的拓扑优化的计算效率,并对动态问题求解模块进行测试。通过以上工作,最终开发完成了一款覆盖拓扑优化全流程的高效静/动态三维拓扑优化软件。