材料的刚度和破坏特性往往是一对对立的物理量,相互制约和束缚。因此,研究轻质多孔材料在刚度优化设计下的失效行为,对我们设计高刚度轻质材料具有非常重要的意义。同时拓扑优化方法在先进增材制造技术的辅助下为设计新颖、轻质、高刚度的晶格材料提供了新的道路,作为胞元有序排列的多孔材料,点阵材料有着更加稳定有效的力学性能。本文利用ANSYS Workbench中的拓扑优化模块设计了单轴压缩下刚度最大的点阵材料。参考了现实中一种高刚度轻质的多孔材料——墨鱼骨,建立了一个SOLID186单元的20节点三维网格周期胞元,其长宽高比值约为1.5:1:1（其灵感来自墨鱼骨基质结构中胞元的长宽高比值）,以柔度最小化为设计目标,得到了一种类墨鱼骨点阵结构,同时验证了其结构的合理性。并在增材制造技术的辅助下得到了以刚度为导向的点阵结构SGLs（stiffness-guided lattice structures）,其相对密度为0.1。为此,研究了采用拓扑优化设计方法和3D打印技术制造的刚度导向点阵结构试件在准静态和动态压缩下的破坏模式。本文借助MTS系统和高速拉伸机探究了板厚以及加载速率对SGLs结构破坏模式的影响,发现当以聚合物PLA为基体材料时,刚度导向的点阵结构其破坏行为与板厚和加载速率密切相关,其破坏模式主要表现为三类:1.当横向板厚度过小时,横向板的失稳破坏模式以脆性破坏为主;2.在准静态加载速率下,以一系列塑性铰消散外界功为主的弯曲破坏模式;3.在动载荷应变率作用下,微观结构以脆性破坏为主。此外,研究了SGLs的杨氏模量和初始压碎应力,结果表明SGLs的力学特性和失效模式密切相关:板层厚度对SGLs在准静态压缩下的力学性能影响实际上来自于变形模式的改变,不同厚度的板层提供的刚度所能承载垂直立柱产生的弯矩不同,并且随着板厚的增加,SGLs的杨氏模量和初始压碎应力也随之增加,其中杨氏模量几乎呈线性增加,而初始抗压应力的增量逐渐减小,最后趋于一定的渐近值;加载速率对SGLs力学性能的影响同样体现在变形模式上,随着应变速率的增大,SGLs的致密化应变增大,主要是加载速度的增大使SGLs结构从上到下更容易发生破坏,结构更加致密。同时,加载应变速率对杨氏模量的影响不明显,随着加载应变速率从10-3s-1增加到100s-1,杨氏模量保持在74.3MPa左右。而加载应变速率对SGLs的初始压碎应力影响较大,初始压碎应力随应变速率的增加呈上升趋势,当应变速率从0.1s-1增加到1s-1时,初始压碎应力从1.81MPa增加到2.21MPa。最后,本文还分析了SGLs的能量吸收行为,结果表明,点阵材料的压碎行为和能量吸收行为高度依赖于破坏模式。在弯曲坍塌模式下,SGLs具有优越的比能吸收、稳定的变形模式和较高的压缩模量。SGLs的失效模式分析对高刚度多功能轻质材料的开发具有重要的指导和设计意义。