结构拓扑优化是近年来结构优化领域内的一个热点，被公认为是最具有挑战性的研究课题之一。由于拓扑优化相对于尺寸优化和形状优化能给工程带来更大的经济效益，因此已经广泛应用于许多工程领域。 水平集方法(Level Set Method)是二十世纪八十年代由国外学者Sethian和Osher首先提出的一种用于追踪运动界面的数值方法。它是处理封闭运动界面随时间演化过程中几何拓扑变化的有效计算工具。该方法自提出以来，已在图像处理、流体力学、燃烧、计算机动画等领域得到广泛应用。2000年Sethian和、Wiegmann锄将该方法引入结构优化领域，由于其具有的独特优势，引起了各国学者的高度关注和极大的研究热情。 本文首先详细介绍了传统水平集拓扑优化方法的理论基础及实现过程。在此基础上，针对传统水平集拓扑优化算法在优化过程中不能产生新孔的局限性，提出了改进的水平集拓扑优化算法，既利用水平集方法在优化过程中自然处理拓扑的能力，引入最大剪应力理论中第三相当应力δr3辅助寻找结构的最优拓扑。根据δr3的分布逐渐删除部分使用效率低的材料，然后结合水平集方法推动几何边界，使结构最优。数值算例证明了改进的水平集方法的有效性。