工件处于实际服役状态时,由于受多种恶劣因素的影响,结构成型初期易存在微小缺陷,当微小缺陷位于工件结构缺陷敏感部位时,缺陷会快速削弱结构强度,造成工件提早失效。为了提高结构缺陷敏感部位的强度,提出了考虑缺陷的结构优化方法,建立裂纹轮廓信息与V型深度信息结合的缺陷参数化模型,采用最大等效应力强度指标对缺陷引起的损伤进行量化并建立缺陷与工件结构参数之间的映射关系,完成从传统结构到缺陷分析对象的转化,采用sobo1缺陷灵敏度方法完成工件结构的缺陷敏感部位与工件结构敏感设计参数的定位筛选并将其作为优化对象,利用多目标粒子群算法完成结构缺陷敏感部位细节优化,应用于叶轮结构中,将构建的缺陷模型施加到叶轮结构中进行分析优化,相对比不考虑缺陷的设计方法,最大等效应力大小降低18%,并且最大等效应力集中在非裂纹处,有效地延缓了裂纹对叶轮的削弱作用,验证了所提方法可以有效提高工件结构敏感部位的安全性,对结构设计具有重要的意义。第一章综述了工件结构薄弱部位分析和优化的国内外研究现状,包括有限元法、应力准则法、智能算法、拓扑优化等方法；提出了目前研究中存在的问题,阐述了本文的研究意义,介绍了本文的组织框架。第二章提出了基于轮廓信息的缺陷模型构建方法,建立用于表达缺陷形体特征与含缺陷工件结构强度模拟仿真的缺陷模型。提出基于缺陷轮廓数据、轮廓梯度、直线规整化的缺陷平面几何特征提取,并结合V型假定形状构建缺陷三维模型的方法,实现了缺陷长度、宽度、深度、扩展方向与萌生位置等特征的表达。第三章建立了缺陷与工件结构的参数损伤关联性映射模型,为含缺陷工件结构强度分析提供参考。采用最大等效应力强度指标量化了缺陷对结构的损伤程度,建立了缺陷形位参数与工件结构参数间的关联几何映射模型,实现了结构参数损伤程度由缺陷参数确定的转化过程。考虑了裂纹实际发育过程中参数耦合对结构强度的影响,反映了缺陷不同参数之间影响关系。第四章提出了考虑sobol缺陷敏感度的结构抗缺陷性能优化方法,解决了工件结构优化过程中忽略缺陷因素与优化对象选择盲目性问题。基于sobol缺陷敏感度计算结果筛选出工件结构易损部位与结构缺陷敏感设计参数并作为结构优化对象,采用支持向量机的方法建立优化变量与优化目标的非线性预测模型,采用多目标粒子群算法完成工件结构易损部位的抗缺陷性能优化。第五章将所提方法应用于叶轮结构中,验证了抗缺陷性能优化方法的有效性。将缺陷模型施加到叶轮结构中获得了含缺陷叶轮结构的强度变化特征,定位了叶轮的缺陷敏感部位与缺陷敏感设计参数并优化叶轮敏感部位,有效地延缓了缺陷的削弱作用。第六章总结了本文的研究成果,并对今后的研究工作进行了展望。