随着微机电系统、精密定位和精密操作等领域的快速发展，柔顺机构受到学者的广泛关注。柔顺机构拓扑优化设计无需从已知刚性机构出发，只要指定设计域和输入输出位置，获得具有优化性能的机构。然而，采用拓扑优化方法获得柔顺机构构型容易出现类铰链结构，导致应力集中、疲劳寿命低及不易加工等问题。为了抑制类铰链结构，本文采用应力约束进行柔顺机构拓扑优化设计研究，主要的研究内容如下：
　　（1）采用改进的固体各向同性材料惩罚模型 (Solid Isotropic Material with Penalization，SIMP)，以结构体积最小化作为目标函数，采用P范数法对所有单元的应力凝聚化成一个全局应力约束，建立连续体结构全局应力约束拓扑优化的数学模型，利用设计变量过滤技术避免优化迭代过程中出现数值不稳定的现象，采用移动渐近线算法更新设计变量，进行连续体结构全局应力约束拓扑优化设计。数值算例结果表明采用全局应力约束拓扑优化获得结构更加合理，能够有效地避免应力集中现象。
　　（2）以柔顺机构的互应变能最大化作为目标函数，采用P范数方法对所有单元的局部应力凝聚化成一个全局化应力约束，利用自适应约束缩放法使得P范数应力更加接近最大应力，以机构的最大应力和体积作为约束，建立柔顺机构最大应力约束拓扑优化模型，采用全局移动渐进算法进行优化求解，进行柔顺机构应力约束拓扑优化设计。数值算例表明能够有效地抑制类铰链结构，随着应力约束极限值的减小，机构应力分布更加均匀，柔顺机构逐渐从集中式柔顺机构转变为分布式柔顺机构。
　　（3）针对多输入多输出柔顺机构设计问题，以各个输出位移加权和最大化作为目标函数，为了抑制输入输出达到完全解耦，引入输入输出耦合约束，以输入输出耦合、最大应力和结构体积作为约束，建立多输入多输出完全解耦的柔顺机构拓扑优化模型，进行多输入多输出完全解耦的柔顺机构应力约束拓扑优化设计。数值算例验证了完全解耦的柔顺机构应力约束拓扑优化设计方法的有效性，当应力约束极限值的合理取值时，能够有效抑制类铰链结构。
　　（4）为了克服传统SIMP材料插值模型无法准确描述多相材料应力约束拓扑优化，利用可分离应力模型计算多相材料结构的刚度和应力，以互应变能最大作为目标函数，使得柔顺机构具有足够的柔度，以各相材料最大应力和体积作为约束，建立多相材料柔顺机构应力约束拓扑优化模型，进行多相材料柔顺机构应力约束拓扑优化设计。通过两个数值算例验证多相材料柔顺机构应力约束拓扑优化设计方法的有效性。