随着科学发展和工程技术的进步,现实生活中出现了各种各样的大型复杂结构。这些大型复杂结构的数值分析和优化设计需要大量的数值计算能力。传统的串行程序进行数值分析中计算时间长,消耗计算资源大,难以满足这类结构的数值计算。因此需要引入新的计算方法对这类结构进行数值分析和优化设计。MPI分布式编程模式通过结合多台计算节点的计算资源可以将整个计算任务拆分成多个子任务,分配给不同的计算节点上同时进行计算,相较与传统的串行计算模式能大大降低计算时间,充分合理利用计算资源。本文主要基于变密度法的优化理论框架上,使用分布式MPI编程模式进行拓扑优化程序设计,整个程序设计包括两个部分,并行有限元设计和拓扑优化程序设计。在并行有限元程序设计中,网格数据可以通过两种方式获得1.程序内部实现简单模型的网格生成;2.基于商业软件获取网格数据。由于分布式计算节点资源有限,需要对网格数据切分,本文采用三种分区方式对网格数据切分,同时讨论不同分区对并行效率的影响。在稀疏线性方程求解中,使用不同迭代方法和预处理技术,讨论不同迭代方法对并行计算效率的影响。在有限元计算中,通过于商业软件对比验证程序计算正确性。在拓扑优化程序设计中,在基于变密度法的优化理论框架下,使用SIMP的材料插值模型和移动渐进线法对设计变量进行更新,实现了单种材料的拓扑优化设计和两种材料的拓扑优化设计,为了保证计算量不变的条件下得到清晰边界,通过自适应加密的方法对结构边界进行加密优化。