随着柔顺机构在精密机械、航空航天、机器人和医疗等领域的广泛应用，国内外学者对其拓扑优化设计研究已获得很大成就。然而，大多研究集中在柔顺机构静力强度设计范畴，没有考虑到柔顺机构的疲劳寿命，因此，往往不能满足实际工况下的疲劳强度要求。为了使柔顺机构的设计更加符合实际工程需求，本文采用疲劳性能约束对柔顺机构进行拓扑优化设计研究，主要研究内容如下：
　　（1）采用雨流计数法进行随机比例载荷统计分析，利用带符号的von Mises应力和修正的Goodman方法计算等效单轴应力，采用Basquin方程求解单元在各级应力水平下达到破坏的循环次数，根据线性累积损伤理论计算每个单元的损伤累积。以结构体积最小化作为目标函数，以最大疲劳损伤和最大应力为约束，建立考虑疲劳损伤和应力约束的结构拓扑优化模型。数值算例结果表明考虑疲劳损伤和应力约束的结构拓扑优化设计方法是有效的，获得的拓扑结构既能满足静强度又能满足疲劳强度要求，并且有效地抑制了损伤分布集中现象。
　　（2）采用带符号的von Mises应力和修正的Goodman准则评定结构的疲劳强度，采用带符号的von Mises应力幅值和均值之和的最大值表征结构的静强度，将结构静强度和疲劳强度约束转化为不同的应力约束。以结构体积最小化为目标函数，建立考虑疲劳性能的结构应力约束拓扑优化模型。数值算例结果表明提出的设计方法是有效的，获得的拓扑结构能够同时满足静强度和疲劳强度要求，有效地抑制应力集中现象。
　　（3）考虑柔顺机构受恒定振幅的比例载荷作用下，以柔顺机构互应变能最大化为目标函数，以静强度、疲劳强度和结构体积为约束，建立基于疲劳约束的柔顺机构拓扑优化模型，进行基于疲劳约束的柔顺机构拓扑优化设计。数值算例结果表明获得的柔顺机构能够满足无限寿命下的静强度和疲劳强度要求，能够有效抑制类铰链现象；并分析了不同幅值和均值的正弦载荷作用对机构构型的影响规律。
　　（4）为了避免固体各向同性材料惩罚模型（Solid isotropic material with penalization，SIMP）无法准确描述多相材料结构应力约束模型的局限性，采用可分离应力插值模型（Separable stress interpolation scheme，SSI）计算多相材料结构的刚度和应力，以修正的Goodman准则评估各相材料结构的疲劳强度，以各相材料的带符号的von Mises应力幅值和均值之和的最大值评估各相材料结构的静强度。以互应变能最大化为目标函数，以各相材料的静强度、疲劳强度和体积为约束，建立基于疲劳约束的多相材料柔顺机构拓扑优化模型。通过数值算例验证提出方法的有效性。