航空发动机作为航空飞行器的“心脏”,直接影响着飞行器的性能,在国家安全和国民经济领域具有重要作用。发动机性能指标中最重要参数之一就是推重比。对典型部件进行轻量化设计不仅可以提高发动机的推重比,还可以带来直接的经济效益,因此减重优化设计一直是航空学者们的研究重点。随着计算机技术的发展,将CAD/CAE技术结合优化技术进行结构优化设计,己成为航空发动机设计阶段的一个重要环节。轮盘和空心风扇叶片作为航空发动机关键部件,也是发动机的主要承重部件。因此本文以轮盘和空心风扇叶片研究对象,结合UG建模软件和ANSYS有限元分析软件,利用基于近似模型的全局优化方法在Matlab环境中实现了部件的减重优化设计。本文具体的研究工作主要包括三个部分：(1)螺栓孔二维简化模型的精度研究。多级轮盘三维有限元分析工作量巨大,因此常用二维轴对称模型进行替代分析。由于螺栓孔为非轴对称结构,若用平面应力单元模拟,需要考核二维计算的精度。另外,本文针对带孔轮盘提出一种二维／三维混合模型的分析方法,并通过算例证明了该方法对孔边应力和位移的计算具有较高的精度,为带孔模型的精确高效计算提供了一种有效的方法。(2)多级轮盘的优化设计。首先对多级轮盘二维轴对称模型进行参数化建模和多物理场耦合计算。在原始设计的基础上,以多个应力水平作为约束指标,针对不同的优化目标进行了两种方案的优化设计。两种方案利用CORS-RBF优化方法均获得了满足约束要求的设计方案。(3)空心风扇叶片的优化设计。本文研究了空心风扇叶片加强筋的设计方法,提出一种基于相对曲线坐标的叶片加强筋参数化造型方法,能够避免几何干涉问题。空心风扇叶片问题以减重为优化目标,综合考虑应力、位移和频率约束,利用CORS-RBF优化方法得到了满足约束的优化方案。优化后的空心风扇叶片减重近20%,取得了很好的效果。