本文基于刚度扩散法提出了若干处理多组件系统协同优化设计的新型优化模型，为多组件系统的协同优化设计提供了新的思路和方法。首先，本文详细介绍了刚度扩散方法的基本原理，主要包括径向基函数插值模型、数学公式推导和灵敏度分析方法，通过若干数值算例说明了径向基函数插值的特点及刚度扩散方法在处理桁架结构布局优化及组合结构优化设计问题时的合理性及有效性。其次，针对杆件与连续体结构的协同优化设计问题，本文首先基于刚度扩散法提出了尺寸固定杆件与连续体结构的协同优化设计模型，通过刚度扩散方法把杆件的刚度扩散到连续体结构的刚度矩阵中，推导了灵敏度分析公式，数值算例验证了所提出模型的有效性。然后在此基础上提出了同时考虑杆件尺寸优化设计的尺寸可变杆件与连续体的协同优化设计模型，同时实现了杆件的布局优化、尺寸优化及连续体结构的拓扑优化。第三，针对弹性体组件与连续体结构的协同优化设计问题，本文首先提出了拓扑固定弹性体组件与连续体结构协同优化设计模型，对弹性体组件划分有限元网格，通过网格节点坐标利用径向基函数插值模型建立弹性体组件位移场与支撑结构位移场之间的联系，通过刚度扩散方法把组件的刚度扩散到支撑结构的刚度阵中。然后在此基础上提出了同时考虑弹性体组件拓扑优化设计的组件与连续体的协同优化设计模型，数值算例表明，本文所提方法同时实现了组件的拓扑优化、布局优化及连续体结构的拓扑优化。第四，通过把支撑视为在特殊位置移动的弹性体组件，利用本文提出的弹性体组件与连续体结构协同优化设计模型，实现了结构支撑位置与拓扑的协同优化设计。另外，考虑到实际工程中施工的难易程度，在优化模型中加入了支撑的成本约束，得到了不同成本约束下的优化结果，表明成本约束对支撑的位置及结构拓扑有很大的影响，数值算例验证了刚度扩散方法在处理此类问题的有效性和灵活性。最后，对全部工作进行了总结，并对未来工作提出了展望。