点阵填充零件因其优异的比刚度、比强度和可设计性,在航空航天和生物医学领域得到了广泛的应用。然而,现有的关于这类零件的设计方法存在设计变量多,优化迭代计算量大,难以实现全流程的参数化,建模、仿真和优化过程彼此割裂等缺陷,因此开展点阵材料填充零件轻量化设计新方法的研究具有重要意义。本文以点阵材料填充零件轻量化设计方法为背景,对点阵填充零件的参数化建模、仿真分析和优化设计的一体化实现方案展开了研究,主要研究成果如下:（1）首先,针对非均匀点阵填充零件的轻量化设计问题,本文提出了基于应变能密度（SED）分配填充区域与基于有限元网格（FEM）划分胞元的点阵填充方法。该方法通过将设计域中的低应变能密度单元转化为点阵胞元来实现点阵结构的填充,从而减轻结构重量。在填充过程中,本文通过控制低应变能密度实体转化为点阵的体积转变量来实现对结构变形和应力的控制。对于填充好点阵结构的零件,本文对其中的点阵杆进行了分组优化。优化结果显示,实体-点阵混合结构形式的接头零件和弯臂支架可分别减重约26.7%和20%,减重效果明显。（2）其次,针对均匀点阵填充零件的轻量化设计问题,本文提出了基于仿生学原理（PB）分配填充区域与基于基准体（RO）划分胞元的点阵填充方法。该方法仿照竹子和人体骨骼的构造原理,在结构的外侧采用粗梁或者实体这类强基质来构造,从而保证结构具有较好的刚度性能;在结构的内侧采用点阵这种轻量化的弱基质进行填充,从而初步实现结构的减重。在确定好填充区域后,本文采用六点包络法来计算包络整个填充空间的虚拟基准体的尺寸和中心点位置,然后根据基准体的尺寸来计算均匀点阵沿各个填充方向划分的份数,进而通过阵列的方法和布尔交运算在待填充空间快速构造出点阵结构。最后,本文对点阵单胞的大小和点阵杆杆径进行了优化设计。优化结果显示,点阵工棚顶盖和菱形十二面体点阵夹芯板相对于各自的初始结构可分别减重约31.5%和17%,减重效果明显。（3）最后,本文对比分析了国外学者对聚乳酸菱形十二面体点阵夹芯板进行准静态平压实验的结果和本文建立的1:1模型的有限元仿真结果。对比结果显示,本文有限元仿真所得的菱形十二面体点阵夹芯板位移-载荷曲线与国外学者实验测试的结果基本吻合,误差较小。实验结果证实了本文采用实体-梁单元耦合分析方法仿真实体-点阵混合结构具有相当高的准确性。综上所述,本文的主要贡献在于提出了两种新的点阵填充方法——基于SED分配填充区域与基于FEM划分胞元的点阵填充方法和基于PB分配填充区域与基于RO划分胞元的点阵填充方法,这两种点阵填充方法能够快速一体化解决实体-点阵混合结构的参数化建模、仿真分析和优化设计问题,能够很好地实现零件的轻量化设计,使得零件的结构刚度和结构重量达到完美的平衡。