航天运载器是一个由多个部段组装而成的复杂结构。在实际设计中,外部载荷的传递方式往往由运载器中各部段之间的连接结构的形式所决定。外部载荷在结构内部传递的过程中往往被转化为集中力载荷作用。为了降低集中载荷对结构造成的刚度、强度以及稳定性的破坏以及不利作用,设计者通常需要在指定区域布置特定的结构来扩散集中载荷作用。本文主要探索了实际工程中的集中力扩散结构在多种设计要求下的概念优化设计以及精细优化设计问题。Michell桁架理论是桁架结构拓扑优化中的经典理论,研究将集中力以最优的桁架结构传递到给定的支座。集中力作用方向以及集中力和支座的相对位置决定了最优Michell桁架的布局。当集中力垂直于支撑边界时,传统的Michell桁架理论给出的解是一根与边界垂直的直杆,而实际工程中需设计最优集中力传递路径,使得其可以均匀地分布到支承边界。因此,尽管集中力扩散结构的优化设计也是寻求最优的传力路径,但是Michell桁架理论并不能为这个问题提供解答。基于此,本文提出集中力扩散问题的连续体拓扑优化模型,其中优化目标为最小化结构柔顺性,设计约束为材料体积用量以及指定区域的节点内力方差,并给出二维和三维两种优化算例。上述连续体拓扑优化给出了集中力扩散结构最优布局的概念设计,但是,实际工程希望得到更精细、可加工的设计,需要我们研究结构拓扑优化设计结果的解读方法,即结构拓扑特征提取。本文从拓扑优化结果密度分布的等值线入手,以工程中常见的结构形式对概念设计进行拓扑特征提取。在密度等值线提取结果的基础上,结合工程中对结构拓扑优化的朴素认识和常见的结构形式,进一步将特征提取结果规则化,得到两种可能的结构形式,分别是“大开孔”结构和“类桁架”结构。在这两种结构形式基础上,综合采用形状优化、尺寸优化等方法,本文实现了从概念设计到结果解读再到精细设计的创新设计流程。最后,依照提出的优化设计流程,本章分别对平板集中力扩散结构和“贮箱短壳放射肋”的集中力扩散结构的优化设计进行研究,均得到了满足工程设计要求的结构方案。集中力扩散结构的优化设计方法具有明确的工程意义,所得到的新型构件设计不仅己被设计单位参考使用,而且所采用的“概念设计——结果解读——精细化设计”的创新设计流程可以借鉴地应用到其它工程结构优化设计中。