拓扑优化设计旨在一定约束条件下,追求特定设计区域中材料的最佳分布。近几十年来,它以低成本,高效率和高收益能力为优势,已成为创新设计方法的重要组成部分,广泛用于航空航天,汽车,造船和机械制造等领域。随着资源竞争加剧,传统的单一材料结构已无法满足工程中所需要的多种综合性能,近年来国内外多位学者对多相材料结构拓扑优化展开了研究。多相材料结构可以将多种不同属性的材料更加合理的利用起来,共同承担结构受力,以满足不同的设计需求。但目前关于多材料结构拓扑优化的研究还比较浅显,并且大多数基于隐式拓扑优化技术,存在夹杂材料难以制造、设计变量太多以及几何边界信息提取困难等问题。对于这些问题,本文出于结构的可制造性考虑,依靠显式描述的可移动变形组件法（MMC）的框架展开研究,提出了基于接头连接的多相材料结构拓扑优化方法。具体研究内容如下:将MMC方法中的传统组件重新定义成内/外部的新组件形式,并引入“接头”模型,为了满足不同的设计需求,分别采用了圆形接头和B-Splines接头。本文详细介绍了组件和接头的几何定义、移动变形机制及其拓扑描述,定义了组件与组件、组件与接头之间的相交面积约束,保证组件之间不能相交、只能通过接头进行连接搭建结构,从而避免材料夹杂问题。为了保证接头与组件的合理连接,定义了接头连接约束和接头距离约束等可制造性条件。结合数值分析和理论推导,通过一系列二维和三维数值算例验证了“单材料-接头”模型的有效性和稳定性。在“单材料-接头”模型的基础上,引入多相材料的插值模型,将决定组件材料类别的参数作为组件的设计变量之一,除了组件的位置和几何形状,组件的材料属性也可以随着优化过程进行优化选择,并用数值算例讨论了“多材料-接头”的有效性和局限性。本文通过对上述问题的研究,对基于MMC框架的多相材料结构优化方法进行了扩展,通过大量数值算例展现了该方法所具有的多重优势,在工程实践中拥有巨大的应用价值。