随着有限元技术的快速发展,结构优化在航空航天、建筑、汽车、工程机械等领域的结构设计方面应用越来越广泛。在刀具行业中,新型刀具材料不断涌现,刀具的结构也在不断发展,目前针对刀具的结构进行形状优化和拓扑优化还比较少。本文主要是深入研究形状优化、拓扑优化基础理论和关键技术,并成功将形状优化和拓扑优化技术应用于YT15硬质合金可转位车刀的设计。　　深入研究了形状优化的数学模型、序列二次规划算法、灵敏度分析;深入研究了基于密度法的材料插值模型、准则法、数值不稳定现象和解决方法。通过对YT15硬质合金可转位车刀进行有限元分析,确定了形状优化和拓扑优化的约束边界条件。在形状优化中,确定了刀杆和刀片的形状变量,并输出了目标函数和设计变量的迭代曲线和优化结果,并做了灵敏度分析。在拓扑优化中,分别完成了车刀二维结构和三维结构的拓扑优化,输出了迭代曲线,并对优化结果进行重构和仿真验证。　　论文主要完成了以下几个方面的研究:　　(1)阐述了形状优化数学模型中的三要素,深入研究形状优化模型的序列二次规划算法,并完成了形状优化的灵敏度分析。　　(2)深入研究SIMP模型和OC准则法,推导了最大刚度优化的迭代过程以及各参数对优化结果的影响,探讨了拓扑优化存在的数值不稳定现象和解决方法。　　(3)对YT15硬质合金可转位车刀有限元分析,根据刀片和刀杆的应力、位移云图确定优化约束条件,完成了形状优化设计,并输出了目标函数和设计变量的迭代曲线和优化结果,通过灵敏度分析,找出了进一步优化的形状变量。　　(4)用两种不同的方法完成了二维结构的拓扑优化,并对比发现结果的一致性。其次,完成了三维结构的拓扑优化,输出了目标函数和设计变量的迭代曲线,并对模型进行重构和验证。　　(5)以SIMP材料插值模型和OC算法为理论基础,Matlab计算工具和C＃语言开发了可转位车刀结构优化设计平台,完成了可转位车刀二维结构、三维结构的优化。