拓扑优化以设计自由度广,材料利用率高,结构性能优异而发展迅速。复合材料由其比模量高比强度大而被广泛应用于各行各业。因此将复合材料应用到拓扑优化结构中备受相关学者的青睐。纤维增强复合材料因其纤维角度和纤维铺层厚度连续且可设计,不同的纤维角度表现出不同的性能,因此将纤维增强复合材料应用到拓扑优化研究中更能激发材料的研究价值,对研究人员来说也更具有挑战性和诱惑力。然而基于传统的优化设计方法较多基于连续体,对于常见的杆件结构研究较少。出现纤维铺设单元之间不连续,结构几何不能清晰的表达,生产制造与现有工艺难以结合。针对以上问题,首先要选择一种新的拓扑优化方法—可移动变形组件法,该方法可以对结构几何信息进行精确表达,设计变量少,可与CAD系统无缝连接。在以上拓扑优化问题中,加入纤维缠绕角这一设计变量,将拓扑优化与纤维材料结合,生产制造方面可利用精准的纤维铺层工艺,解决了传统方法带有的问题。针对以上问题我们进行了如下研究:一、利用MMC方法中组件模型与纤维复合材料结合。设计纤维缠绕的二维和三维模型,在设计过程中充分考虑杆件的移动相交带来的纤维角度不明晰问题,对模型升级,控制纤维材料部分不相交,添加不可相交部分的约束,最终使结构满足条件,拓扑结构各个单元对应唯一纤维角度。二、对二维模型采用复合材料层合板理论进行结构刚度分析,并进行了简单杆件的验证,并应用到自行车架设计,得到了一种基于纤维增强复合材料拓扑优化的自行车结构,三维同样采用等效刚度进行计算,并进行了一杆二杆算例计算,然后根据本文思想,结合有限元软件对航天发动机承载结构进行了一套流程设计,对工程实际具有一定的参考意义。