本发明涉及水下机械结构件设计技术，具体涉及一种联合拓扑优化与形状优化的水下结构设计方法，基于变密度拓扑优化方法结合目标结构实际工况创建拓扑优化设计域并设置目标函数、约束条件与设计变量，通过双向流固耦合有限元仿真方法计算目标函数与灵敏度来更新设计域内设计变量的分布，最终获得流固耦合作用下最优拓扑结构；接着同样在双向流固耦合有限元仿真方法基础上，利用形状优化方法进一步优化结构边界形状，提升结构性能，最终得到水下作业环境的最优结构。采用双向流固耦合方法，提高了水下结构设计的可靠性，同时引入形状优化方法消除了基于变密度法拓扑优化结果中灰度单元对最优结构的影响，并且进一步提升了结构性能。