变刚度复合材料结构相比于单一方向的纤维制造成的复合材料结构具有更多的设计自由度和更优良的力学特性,并且通过先进的自动铺放技术可实现纤维曲线的自动铺放,使得纤维增强复合材料结构的研究越来越多,其也越来越广泛地应用到工程制造中。但是在纤维路径的设计阶段,过多的设计变量会使得优化迭代时间变长,造成求解的效率变低。针对该问题,本文将单位分解法（Partition of Unity,POU）的思想应用于纤维路径的设计中,提出复合材料结构优化的单位分解水平集优化方法。首先使用水平集函数的等值线来表示曲线纤维路径,而水平集函数又由紧支撑的径向基函数（Compactly Supported Radial Basis Functions,CS-RBFs）来定义;然后,为了提高求解的效率,应用单位分解技术将全局上的设计域划分为相互重叠的有限个局部子设计域,并通过权重系数将局部设计域上定义的水平集函数组装在一起,获得全局设计域上的水平集函数,可使得每一个子设计域中待求解的系数矩阵的维度降低,进而达到缩短迭代时间的效果;最后,应用全局设计域上的梯度范数约束条件,保证纤维路径彼此间相互平行。为了进一步验证提出的方法的合理性,分别将展开系数、CS-RBFs节点的位置、展开系数与CS-RBFs节点位置作为优化问题的设计变量,进行了灵敏度分析公式的推导,通过数值算例探究了重叠节点的数量和分块的数量对优化后曲线纤维路径的影响,并对优化后结构的柔度、每一次迭代的时间等数值结果进行了讨论。结果表明,单位分解法对于不同参数作为优化设计变量,都可以提高优化效率。