涡轮盘是航空发动机中的核心部件,涡轮盘的性能直接决定航空发动机的性能。涡轮盘长时间处于高温、高压以及高转速的恶劣环境中,受温度载荷和机械载荷的影响非常大。由于拓扑优化相比于传统设计在结构的高质量优化以及高效分配材料等方面具有得天独厚的优势,本文从稳定性、制造性以及装配性的需求出发,对涡轮盘的原始模型进行了拓扑优化研究,并对优化得到的涡轮盘模型进行了总体评价。首先,对有限元、模态分析和静力分析的基本理论以及本文进行拓扑优化用到的OptiStruct等软件模块进行了介绍,并对拓扑优化的变密度法的基本理论和建模方式以及用来抑制材料中间密度的SIMP材料插值模型进行了总结。在此基础上,建立了涡轮盘的三维实体模型,对涡轮盘进行了热-结构耦合分析、模态分析以及静力分析,并使用控制变量法来对影响涡轮盘位移和应力分布的因素进行研究。其次,在热-结构耦合分析的基础上,将恒温载荷加载到模型中,按照拓扑优化分析步骤,定义涡轮盘的设计空间,建立起以单元密度为设计变量,体积响应和应力响应为约束函数,柔顺度最小为目标函数的拓扑优化模型,完成了涡轮盘的拓扑优化计算。接着对优化结果进行圆整光顺处理,得到了涡轮盘的三种拓扑优化模型,并利用3D打印技术打印出了三种优化方案的树脂样件。最后对三种优化方案的模态特性参数、各向位移以及各向应力分布情况进行分析,从中选出了一种最佳拓扑优化方案,在增强结构性能的同时使涡轮盘成功减重11.11%,实现了涡轮盘的轻量化设计。