拓扑优化作为一个新兴的创新设计手段,已经为航空航天,汽车船舶等领域的应用贡献了巨大力量。然而传统的隐式拓扑优化方法在解决工程问题时存在设计变量多、计算量大、优化结果特征信息提取困难以及几何、分析模型耦合度高等问题,一度牵制了拓扑优化向工程领域的发展。针对上述问题,本文拟从结构边界显式拓扑优化设计方法出发,使用可移动变形孔洞法(MMVs)解决隐式法存在的问题。该方法可以为结构边界提供特定函数描述方式,此方式可以简单直接地获取边界几何信息。然而,传统的拓扑优化方法进行结构响应分析时大多采用固定网格背景的有限单元分析,将会导致几何模型和分析模型不一致,使得结构分析过程中缺乏精确的几何信息,后处理优化结果将破坏结构的最优性;另一方面,大多数学者对固定载荷优化问题研究甚多,而设计依赖载荷问题因其优化问题的复杂性研究工作较少。为了解决上述问题,本文拟从结构响应分析着手,通过边界单元法实现显式拓扑优化框架下的结构计算,具体研究内容如下:一、在MMVs方法中使用边界单元法(BEM)替换有限单元法(FEM),利用BEM在边界划分单元,具有较高的精度和效率等优点,通过BEM和MMVs的直接耦合来实现拓扑优化分析。由于几何模型和分析模型在整个优化过程中始终保持一致,该方法具有结构边界描述显式、拓扑优化设计变量较少、结构响应分析自由度少、结构响应分析精度高等优点。二、考虑到传统的拓扑优化方法在解决设计依赖载荷问题需要先恢复加载面等特点,本文提出了基于边界单元法的设计依赖载荷显式拓扑优化方法,利用MMVs方法天然显式的特点,在每个迭代步中,通过结构边界的外法线矢量参数和边界单元节点坐标信息便可以精确地施加剪切或压力载荷。与基于SIMP法的优化方法相比,解决载荷施加问题不需要额外的处理。本文基于显式移动变形孔洞拓扑优化方法,为解决上述问题提出和发展了基于边界单元的拓扑优化方法,并为其在控制优化分析过程中维持几何模型和分析模型一致性提供了新思路,也为显式拓扑优化方法解决工程问题提供了新的理论模型。