机械三通是油气管道维抢修的重要组成部分,但由于三通较大的重量导致其在复杂地形中的移运和安装都有很大的困难。本文以914机械三通为例,通过拓扑优化的方法对其关键零件进行减重处理,并进行初步的模块化设计。论文主要内容有:总结拓扑优化中均匀化方法和变密度方法(Solid Isotropic Material with Penalization,后简称SIMP)基本原理与数学模型;利用Matlab对SIMP材料插值模型进行数值模拟,验证了SIMP插值模型中密度惩罚因子与过滤半径是影响优化结果的关键参数,对比Matlab与优化软件两者模拟结果可知SIMP插值模型的可行性;以结构许用应力为优化的约束条件对机械三通关键零件进行拓扑优化设计,重建后的结构满足强度与变形要求,并达到了减轻重量的效果;根据模块化设计理论对机械三通进行初步的模块化设计,将壳体分块并采用螺栓连接,对连接螺栓进行校核计算且对其密封性能进行计算,模块化后的机械三通相对原机械三通减重16%。本文对914机械三通关键零件进行了拓扑优化设计,并对其进行初步的模块化设计,为机械三通的轻量化、模块化设计做出一定的理论铺垫。