薄壁加筋结构具有重量轻、比刚度和比强度高、空间性好、造型多样等特点,在航空航天、汽车、船舶等结构中广泛应用。加筋布局对结构性能影响显著。需要研究建立合理的薄壁结构加筋布局的设计方法。拓扑优化方法具有强大的结构构型设计能力,可用于薄壁结构加筋布局的设计。由于特殊的功能和性能需求,薄壁结构对局部结构有保形要求,也就是需要局部结构的形状保持不变。例如,机身结构在工作过程中窗口要求保持固定的形状。因此,薄壁结构加筋布局设计必须考虑局部保形的约束。本文研究考虑保形约束的薄壁结构加筋布局设计问题。研究建立能够反映保形特征的约束模型,建立含保形约束的薄壁结构加筋布局设计的拓扑优化方法。具体的研究内容和成果如下:(1)薄壁结构加筋布局优化设计方法目前的加筋布局设计中,都是采用实体单元对加筋部分建模。当结构规模较大时,庞大的自由度数目会引起极大的时间消耗甚至导致优化进程受阻,因此需要寻找更高效的方法。本文利用OptiStrut对薄壁加筋在不同建模方式下进行优化设计并对优化的结果进行几何重构。而后,重新对各自的得到构型进行静力学以及动力学性能仿真,通过对比其力学性能找到不同建模方式的适用场景。(2)考虑局部保形约束的结构拓扑优化设计方法为了将结构局部区域产生翘曲控制在一定程度内,对考虑局部保形的拓扑优化设计方法进行探究。通过引入面形方差的概念给出能够描述局部翘曲变形程度的指标,建立了一种新的保形约束数学显示列式。本文基于SIMP方法建立了考虑局部保形约束的结构拓扑优化模型,解析推导了相应的敏度表达式。并在Matlab中利用移动渐近线法(MMA)完成了该类问题优化求解的程序实现。随后对不同形式下的载荷以及保形区的二维以及三维设计问题展开详细讨论,并与传统的拓扑优化方法得到的保形区变形情况进行对比,突出本方法的优势。(3)考虑局部保形约束的薄壁加筋结构拓扑优化设计以研究内容(1)和(2)为基础,建立了考虑局部保形约束的薄壁加筋结构拓扑优化模型及求解策略。针对飞行器机身这一有抑制局部翘曲变形的典型薄壁加筋结构进行加筋布局设计,通过对比施加面形方差约束前后的保形区的变形情况,验证了建立的方法的有效性,同时也展现了本研究在实际的工程设计中应用潜力。