在航空航天领域的研究中,达到更快的飞行速度和更高的飞行高度是设计师永恒不变的追求。近年来高速飞行器成为了研究热点之一,随着飞行速度的提高,飞行器会受到严重的气动加热,为了获得质量更轻的结构型式,需要在既受到机械载荷又受到热载荷作用下进行结构优化设计,这是高速飞行器设计的难点之一。本文以二维结构作为研究对象,进行了热-机载荷作用下结构优化设计方法的研究。首先进行拓扑优化方法研究。一般来说,在机械载荷作用下,结构拓扑优化设计可以以结构力柔度最小作为设计目标,而在热载荷作用下,可以以结构热柔度最小作为设计目标。在综合分析以上两种单目标拓扑优化方法的基础之上,采用权重系数对结构力柔度和结构热柔度进行加权的方法,构建综合考虑热-机载荷联合作用下的拓扑优化目标函数,并利用Matlab软件进行编程,实现了结构的多目标拓扑优化。然后以拓扑优化的结构构型进行结构尺寸优化,在结构尺寸优化的研究过程中,编写python程序进行软件Abaqus和ModeFRONTIER的交互,使用遗传算法实现了热-机联合载荷作用下的结构尺寸优化。最后综合使用拓扑优化和尺寸优化,对一同时承受机械载荷和热载荷的二维板算例进行了优化设计,验证了所提出的优化方法的正确性和有效性,达到了减轻结构重量的目的。