全书主要分为四个部分：第一部分深入探讨了改进水平集拓扑优化算法，通过引入反应扩散方程，克服了常规水平集法中需要重新初始化的缺点；探讨了柔度最小化与最大应力最小化问题；将基于反应扩散方程的改进水平集法成功拓展应用于热弹性结构的柔度与应力优化问题。第二部分重点介绍涡轮转子体的结构设计，利用涡轮转子体的轴对称和截面周期对称结构特征，将三维转子体的拓扑优化问题简化为轴对称问题；解决了体载荷、扭载荷的施加问题，建立了轴对称拓扑优化方法；提出了解决灵敏度非负与体积约束失效的策略，实现了涡轮转子体轻量化设计；对叶根与轮缘连接部位的结构优化问题进行了研究。第三部分以内置式换热流道为研究对象，建立了一种平面和曲面设计域内网状换热流道热流耦合求解模型，发展了基于非梯度类算法的网状换热流道拓扑优化方法。结合遗传算法(GA)和移动渐近线算法(MMA)建立了混合优化算法以开展综合考虑拓扑、形状和尺寸优化变量的多层次优化，并将其应用于涡轮机叶片和太阳能集热器部件。第四部分探索了仿生与群智算法在散热设计中的应用。基于多智能体系统(MAS)与元胞自动机理论，提出了链式移动多智能体、网格移动多智能体及自主移动多智能体三种移动多智能体生成模型，为复杂网络状散热结构提供了创新的生成式设计思路。