随着航空航天装备的不断发展,具有承载和防隔热性能的一体化热防护结构得到了越来越广泛的应用。其中点阵夹层结构以其高比刚度和内部可填充性等特点,逐渐成为了一体化热防护结构的主流设计方案。点阵夹层结构具有面内周期性特点且多为复杂的微结构形式,使得设计分析难度增大,计算耗时。均匀化方法作为一种异质材料的等效方法,以严格的数学表达和数值可实现性在等效性能计算领域得到了广泛的应用。本文基于均匀化理论,建立了面内周期性微结构的等效承载性能和等效隔热性能的计算模型,并开展了考虑等效性能的点阵夹层结构优化设计。首先,建立了面内周期性结构的等效承载性能表征模型。基于Reissner-Mindlin板壳理论给出了计算面内周期性结构等效刚度的双尺度分析模型。通过有限元分析验证了计算模型的可靠性,均匀化前后的有限元分析结果误差在2%以内。分析结果表明芯层构型对结构承载性能具有较大影响,蜂窝构型单胞具有较好的面外比刚度,金字塔构型单胞具有较好的面内比刚度。此外,增加芯层高度可大幅提升结构的弯曲刚度,增加芯层厚度可改善结构的拉伸刚度和面外抗剪切能力。其次,建立了面内周期性夹芯结构的等效隔热性能表征模型。以结构绝对热阻抗为表征参数,基于均匀化理论给出了等效热导率的计算方法。通过有限元分析验证了方法的可靠性,在不同载荷条件作用下均匀化前后有限元分析结果一致性较高。分析讨论了芯层构型对其隔热性能的影响规律,结果表明芯层构型对结构的防隔热性能影响较大,通过减少传热路径和采取多级并联可有效提升结构的防隔热性能。最后,考虑承载和隔热性能为目标对轻质夹芯结构进行了优化设计。基于双向渐进结构优化方法（Bidirectional Evolutionary Structural Optimization,BESO）,提出了考虑刚度和隔热性能的夹层微结构多目标拓扑优化模型。通过算例说明了本文所建立的方法具有较好的适用性,结果表明在不同权重因子分配方案下优化结果的承载与隔热性能差异性较大,可满足不同的设计需求。