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以考虑运动学性能的回转运动体材料最优分布问题为背景，提出并求解了转动惯量约束下的三维结构拓扑优化问题。常规的结构拓扑优化通常构造为给定材料体积约束下的结构最小柔顺性问题。本文指出，引入结构转动惯量约束对于回转结构的拓扑优化具有重要意义。本文将重量约束下的优化准则法计算格式拓广到单个转动惯量约束下的最小柔顺性问题，而对于包含转动惯量约束的多约束问题采用数学规划法求解。本文给出的数值算例验证了所提出算法的正确性，并且表明引入转动惯量约束后可得到与常规拓扑优化问题不同的结构布局形式。