影响材料或结构疲劳强度的因素很多,其中结构设计上的缺口、圆角等引起的应力集中对疲劳强度有显著的影响。而结构的形状优化就是通过改变区域的几何形状来改善结构的特性,达到某种意义下的最优,其中讨论更多的是降低应力集中,改善应力分布状况。本文针对缺口类零件的应力集中问题,提出一种参数化形状优化方法,并对其进行了深入的研究。首先,简要介绍了结构优化设计的发展概况,概括了结构优化的三个层次,对形状优化设计的国内外研究作了综述,进而提出本课题所要研究的内容和采用的方法。然后,简要介绍了一般优化设计的概念和数学模型。对于本课题研究的形状优化问题,重点阐述了两种优化算法:惩罚函数法和共轭梯度法。同时介绍了有限元分析软件ANSYS及其优化方法,探讨了在运用ANSYS优化方法进行优化分析时的一些注意点和技巧。其次,对于缺口的形状优化问题,提出了用“超圆”和“超椭圆”曲线方程参数化描述缺口的边界曲线,并选择描述曲线的参数作为形状优化的设计变量,以结构的最大Von Mises应力最小化作为形状优化的目标函数。讨论了两种典型缺口的形状优化问题,验证了参数化优化方法的实用性与有效性。最后,对以获得齿根最小弯曲应力为目标的齿根过渡曲线的形状优化问题,提出了采用双指数“超椭圆”曲线方程来描述齿根过渡曲线。通过有限元分析软件ANSYS建立齿轮模型,并运用其优化方法对齿根最大Von Mises应力进行优化,与已有的优化结果比较表明:利用文中提出的方法可以取得很好的优化结果。