将刚度扩散方法应用至结构优化设计中是近年来结构优化设计领域一个新兴起来的研究课题。刚度扩散方法在桁架布局优化设计以及在多组件系统协同优化设计中的成功应用验证了基于刚度扩散思想的结构优化设计方法的可行性。本文旨在更深入地研究刚度扩散的基础理论并且进一步地将刚度扩散的思想运用至结构优化设计当中。首先,本文对实现刚度扩散的原理进行了总结。将刚度扩散方法分为基于过点插值理论的刚度扩散和基于单位分解思想的刚度扩散。对于基于有限点插值理念的刚度扩散,研究了插值点的布置方式,提出了采用归一化径向基函数作为插值形函数的建议。同时,研究了基于单位分解思想的刚度扩散中形函数的构造方法,通过算例对实现刚度扩散的两类方法进行了对比。其次,本文研究了混凝土D区构件拉压杆模型的获取方法。通过直接将离散的链条杆单元置入混凝土中,将刚度扩散方法应用至连续体中桁架布局优化设计中,实现了自动生成D区构件拉压杆模型的目的,并提出了对拉压杆模型进行修正的建议。然后,本文将刚度扩散方法运用至板壳结构加劲肋优化设计问题中。提出对加劲肋进行等分并且在等分点对肋梁的刚度进行扩散的方法,实现了板壳结构加劲肋的布局优化设计。再次,本文对将结构拓扑优化的结果转成桁架进行了研究。借助于灰度图像转为二进制图像技术,将结构拓扑轮廓骨架化,提出了将拓扑骨架识别成桁架的算法,数值算例验证了该方法的有效性。最后,对本文的主要工作进行了总结并对下一步的研究工作提出了建议。