随着3D打印技术的出现,拓扑优化技术飞速发展,尤其是拓扑优化与3D打印技术的结合更是受到航空航天领域的广泛关注。当前民机结构减重设计中,主要是将拓扑优化得到的拓扑结构经过3D打印技术等先进制造方式加工出来之后,在保证连接方式以及载荷约束不变的情况下替换原始的结构,因此将连接的部位以及部分承载面设定为不进行拓扑优化设计区域的非设计空间,既可满足优化结构的替换要求,又可以提高拓扑优化设计的计算效率。本文以结构体积为约束,建立以最小柔度为目标、包含非设计空间尺寸参数的SIMP插值模型(Solid Isotropic Material with Penalization),通过米塞斯应力屈服准则以及结构最大许用位移作为约束条件对拓扑结构进行选择,建立最小体积比与最优非设计空间体积的计算方法,从而完成了拓扑优化减重设计中非设计空间尺寸寻优方法的建立。本文基于Python语言在Abaqus有限元软件中编写了非设计空间尺寸寻优方法程序,以某一民机结构为例,验证了该方法的可靠性,与拓扑优化商业软件Solid Thinking Inspire的优化结果进行比较,拓扑优化软件获得的最优非设计空间尺寸与本文方法获得的非设计空间尺寸最优非设计空间尺寸相同,最终民机结构减重35%。证明了本文所建立的非设计空间尺寸寻优方法具有较高的工程参考意义,与拓扑优化软件相比,本文所建立的方法能够实现非设计空间尺寸的自动寻优,缩短了设计周期,节省了大量的人工成本。此外,本文以悬臂梁结构以及上述民机结构为例,分析了非设计空间尺寸寻优方法中,设计变量阈值和体积比初值对最终拓扑优化结果的影响分析,同时以悬臂梁结构为例研究了网格尺寸对非设计空间尺寸寻优的影响,得到伪密度阈值建议在0.3至0.6之间取值,初始体积比在0.5附近取值,建议先通过较大的单元尺寸获得最优非设计空间的范围,然后有针对性地减小网格尺寸在最优非设计空间范围内进行寻优的结论,最终悬臂梁结构减重33.86%。