加筋结构广泛应用于航空航天、船舶、汽车和机床等领域中,由于这些装备结构在工作中承受复杂的动态载荷,提升结构的动力学性能对保证装备的正常工作要求和使用寿命具有重要作用。同时装备结构的轻量化不仅能减少材料用量,而且可节约装配和运输成本,减少装机功率,提升工作效率。因此在保证结构动力学性能的提下,开展结构轻量化设计具有意义。通过结构优化设计可有效提升结构的动力学性能,易于实现结构轻量化,降低经济成本。基于自然界分支系统形态形成机理的自适应成长法可对装备加筋结构进行拓扑优化,得到清晰、合理并具有几何特征的加强筋布局,并已成功用于静刚度优化问题。但由于自适应成长法中初始基结构对结构的动力学性能影响较大,易出现局部解。本文针对动态响应问题,提出引入材料性能惩罚的改进自适应成长法,实现在动态激励下加强筋布局优化设计。另一方面,结构优化可从刚度和阻尼两个方面进行设计,获得结构材料/加强筋、阻尼层的合理布局或调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper,TMD）的最优调谐。然而,现有的结构设计通常只针对刚度和阻尼中的一个方面进行优化,限制了结构动力学性能的提升空间。针对这一问题,本文提出一种新的结构刚度和阻尼协同优化设计方法,考虑刚度相关的结构材料分布与阻尼相关的TMD/阻尼层分布的相互影响作用,进一步提升结构动力学性能,实现结构材料的高效利用。本文主要研究内容如下:1.从二维结构入手,研究基于SIMP（Solid Isotropic Material with Penalization）法的结构材料布局-TMD协同优化设计方法。为了考虑TMD位置的影响,建立主结构-TMD连续体有限元模型。通过构建多级优化框架,使得TMD的位置和阻尼参数在主结构拓扑优化的每一个迭代步中得到更新,以充分考虑二者的相互作用关系。相较于顺序优化算例（先拓扑优化,后TMD调谐）结果,协同优化结果中主结构在质量不变的情况下动力学性能提升近50%,实现了结构材料的高效利用。这是因为协同优化结果中主结构的模态应变能更加集中,从而使结构通过TMD的合理布置获得更优的阻尼性能。2.为解决三维箱型结构在简谐激励下的加强筋布局优化设计问题,提出改进自适应成长法。通过引入材料插值机制,对加强筋的材料属性根据其板厚进行惩罚,减小了初始基结构对动力学的影响;同时采用MMA算法（Method of Moving Asymptotes,移动渐近线法）代替静力学优化中的最优准则法迭代公式,避免了局部最优解问题;并研究箱型结构外壁厚度对优化结果的影响作用,研究结果表明,在动力学优化中外壁厚度对加强筋的布局具有较大的影响。3.在二维结构-TMD协同优化和改进自适应成长法的基础上,研究三维箱型结构加强筋布局-TMD协同优化设计方法。通过在箱型结构的加强筋生长过程的每一个迭代中更新TMD的位置和阻尼参数,以充分考虑箱型结构和TMD的相互作用。在协同优化结果中,箱型结构的模态应变能比顺序优化的结果更加集中,有利于通过TMD的合理布置获得更优的阻尼性能以抵抗简谐载荷引起的振动。4.针对板壳结构轻薄的特性,提出基于改进自适应成长法的板壳加强筋与阻尼层布局协同拓扑优化方法,同时得到最优的加强筋布局和阻尼层布局。为了充分考虑板壳结构加强筋和阻尼层之间的相互作用,在加强筋的生长的每一个步骤中,采用SIMP法对阻尼层的布局进行优化,可得到当前加强筋分布状态下最优的阻尼层布局。5.将刚度-阻尼协同优化方法和改进自适应成长法应用于立式加工中心的结构优化设计。首先,提出面向机床整机动力学性能的结构优化策略,基于模态测试数据的动态灵敏度分析确定部件优化的次序,利用改进自适应成长法优化关键部件结构的加强筋分布。物理样机试验结果表明,优化后的机床整机在减重1.1%的情况下,一阶固有频率提升了22.5%;然后针对床身结构,利用加强筋-TMD协同优化方法,从刚度和阻尼两方面开展设计,并通过缩比模型实验进行验证。本文的创新性主要体现在:（1）提出改进自适应成长法,解决了三维箱型结构加强筋布局动力学优化问题,避免了局部解;（2）提出结构刚度-阻尼协同优化设计方法,综合考虑刚度和阻尼的相互作用关系,有效提升装备结构动力学性能的同时,实现了结构材料的高效利用,易于结构的轻量化;（3）基于动态灵敏度分析和自适应成长法,提出面向机床整机结构动力学性能的结构优化设计方法,提升动力学性能的同时降低了机床结构的质量。