为了发挥材料的最大潜能,减少材料用量,确保最佳使用性能,本文采用均匀化方法和优化准则法开展极端复合材料二维、三维微结构拓扑优化设计以及多功能极端复合材料三维微结构拓扑优化设计。开展了两相极端复合材料微结构拓扑优化设计。首先基于均匀化方法,采用ANSYS结合MATLAB分别对周期性复合材料的等效弹性性能和等效热传导系数进行预测,提出了ANSYS加载求解复合材料等效热传导系数的周期性边界条件的便捷方法,实现了对均匀化方法的数值验证。然后,采用有限元技术,对两相复合材料进行网格划分,分别以等效弹性性能和等效热传导性能的加权组合为目标函数建立极端性能微结构拓扑优化数学模型。其中,以单元的相对密度为设计变量,实体材料体分比为约束条件。采用灵敏度过滤技术实现单元灵敏度的平缓过渡,以消除优化过程中的数值不稳定现象。运用优化准则法对问题进行求解,得到具有极端弹性性能、极端热传导性能的二维、三维微结构,分析了不同体分比最优微结构的材料分布规律,并将最优剪切模量与Hashin-Shtrikman上限值比较,证明了优化结果的合理性和本文方法的可行性。在此基础之上,将均匀化方法结合优化准则法应用到大型风机叶片复合材料三维拓扑优化,同时实现其轻量化和极端性能设计。为了更好满足现代工程应用,以微结构的等效弹性性能和等效热传导系数同时最优为优化目标,对多功能极端复合材料三维微结构拓扑优化设计进行探索,实现了具有极端弹性性能和极端热传导系数的多功能极端复合材料三维微结构拓扑优化设计。本文的研究对复合材料微结构拓扑优化设计具有一定的指导意义。