随着增材制造工艺日益成熟,点阵结构在零件轻量化中广泛运用,其具有轻质、高强度、吸能等性能优势,如何快速有效预测点阵填充结构力学性能,是当前急需解决的关键问题之一。本文以点阵结构力学性能预测为主要内容展开研究,主要研究工作内容如下:(1)针对点阵结构力学性能分析问题。采用Delaunay四面体网格划分算法对三角面片模型网格划分,通过调控边界一致、体积约束、外接球半径与最短边之比三种约束参数,提高四面体剖分质量,产生比较均匀的四面体单元,消除畸形单元,保证点阵结构仿真精度与提高分析效率。(2)针对点阵微单元设计问题。采用基于拓扑优化原理的点阵设计方法,在不同载荷条件、约束条件、优化条件下得到对应的优化结果,设计相应点阵微单元为选用填充类型提供参考。(3)针对大规模点阵结构力学分析问题。提出基于等效模型的力学性能分析方法。基于均匀化方法,对6种点阵单元均质化,分析了弹性模量、泊松比与其体积分数之间的力学性能关系,绘制其三维模量图。对点阵设计区域体素化、建模、赋予模量,实现等效模型快速分析。(4)面向航天航空齿轮轻量化设计。对模数为4、5、6的齿轮进行拓扑优化设计及点阵结构填充,通过有限元仿真与物理实验相结合的方式验证了基于等效模型分析方法的合理性。