点阵结构多功能设计是目前飞行器结构设计的重要研究方向,承载/阻尼一体化设计更是航空航天设备结构设计的难题。轻质点阵结构具有高韧性、抗冲击、吸声、电磁波吸收、有效隔热等优异性能,具有十分广泛的应用前景。在航空航天领域引起了许多研究者的关注。各国研究人员对点阵结构进行了广泛的研究。然而,目前的点阵结构优化算法与已有结构结合不足、异质三维点阵研究较少、异质点阵优化拓扑优化方法研究较少,严重制约了点阵结构的应用与发展。针对这些问题,本文旨在研究一种针对点阵结构轻量化与多功能化的设计与优化方法。设计并制备了异质三维Kagome点阵仿生功能结构,对其刚度与阻尼特性进行了研究和优化。试验表明,所制备的异质三维Kagome点阵仿生功能结构同时具有优异的刚度与阻尼特性。论文的主要工作如下:1.受生物组织启发,设计了刚度/阻尼异质点阵原理模型,总结了自然界中有序结构与功能材料组合的若干种异质功能结构与相似的实际工程中的应用实例,提出了有序三维点阵结构粘弹性材料填充的异质三维点阵仿生功能结构设计方案。选取聚氨酯为所填充的粘弹性固体,用预聚法制备了聚氨酯粘弹性固体,确定了3D打印有序结构后聚氨酯粘弹性固体填充的制备方案。选取航天器设计中经常使用的Kagome结构为所选用的有序结构,通过计算并结合以后文献的分析结果,确定了Kagome结构的设计参数。2.提出基于材料增加的固体各向同性材料惩罚模型（ASIMP）,建立了该方法完整的数学模型以及优化流程。ASIMP方法的基本思想为其基本思想是在给定结构中的不足部分添加材料,从而得到优化的结果。本文使用ASIMP方法对三维Kagome结构进行了比强度优化。为了评价拓扑算法的效果,使用3D打印技术制作了原始的三维Kagome结构和优化的三维Kagome结构,压缩试验结果表明,与原有三维Kagome点阵相比,优化后的三维Kagome结构比强度和比刚度分别提高了11.6%和8.8%。3.研究了异质三维点阵仿生功能结构的阻尼特性,提出了基于窗口函数的复杂异质粘弹性点阵复模态计算方法。通过窗口函数过滤,将频率分段,使得传递函数中的随频率变化的粘弹性材料阻尼矩阵与刚度矩阵从变量变为常数,从而提升了计算效率。试验证明,基于窗口函数的复杂异质粘弹性点阵复模态计算方法,可以快速准确的计算复杂异质粘弹性点阵复模态计算问题。4.提出了基于固体各向同性惩罚模型的异质结构拓扑优化算法。研究了拓扑敏度、优化过程中的拉格朗日函数、拓扑流程、后处理等关键问题。研究了不同材料刚度比的情况下,拓扑优化的结果。通过计算发现,异质三维点阵仿生功能结构中,两种材料的杨氏弹性模量相差较大时,异质点阵拓扑优化的结果会与单一材料拓扑优化的结果相似。采用不锈钢与粘弹性聚氨酯固体两种材料,制备了异质三维点阵仿生功能结构,并进行了静力学试验与动态信号分析试验。试验结果表明,异质三维Kagome点阵仿生功能结构可以在有良好的刚度强度的同时拥有良好的阻尼特性。