为解决小水线面双体船结构重量占空船重量比重偏大的问题，需在保证结构安全的前提下合理地分配和控制结构的重量，因此结构优化设计在该类船型的结构设计中更加重要。本文首先介绍了拓扑优化、形状优化及尺寸优化三种结构优化方法和满应力优化的概念，回顾了几种求解结构优化问题的优化算法的发展过程。对NASTRAN的最新结构优化方法和结构优化流程作了简要介绍，阐述了NASTRAN一般结构优化的数学模型和拓扑优化的物理模型。然后以小水线面双体船的舱段模型为研究对象，采用NASTRAN的优化解算器，以提高舱段结构的整体刚度为目标，对小水线面船双体船的横向强框结构进行拓扑优化、形状优化和尺寸优化，提出承载效率更高的横向强框形式和尺寸，进而结合工程适用性提出贴近优化结果的可行优化设计。最后建立小水线面双体船的全船有限元模型，通过DNV/SESAM水动力分析软件直接预报确定波浪外载荷，采用设计波法将各类波浪外载荷施加在船体结构模型上，再通过有限元直接计算比较，验证优化结果相对常规设计的结构响应的改善。　　通过优化研究得到了承载效率较高的优化强框形式，该强框形式使横向弯矩作用下的总体横向变形减小了20.5%，使横舱壁上的最大应力减小了157MPa、降幅33.3%，使外板、纵舱壁、强框及各层甲板等其它主要承载结构的最大应力降低了16%~26%，而其重量只比常规的加强方式增加了4吨。