材料科学家Ashby教授总结了材料的发展规律,并提炼了一系列新材料的设计准则,包括运用化学知识创造新合金或聚合物、调控微结构和设计混杂材料。近年来涌现出来的点阵材料,由于轻质高效的结构形式及开放的内部空间,而被认为是最有应用潜力的结构功能一体化材料。这些超轻点阵材料既可以应用于高科技领域,如航天器、航母平台、大飞机中,也可以在风力发电、家用汽车等民用领域占据一席之地。大力发展轻量化材料,能推进相关工程技术的更新与发展,也可以促进节约型社会的建设。　　第1章首先回顾了金属点阵结构的构型发展情况,并对复合材料点阵结构的国内外研究现状进行了综述,接着介绍了多层级结构的概念与研究概况,最后总结了微纳尺度点阵材料的相关制备技术及研究进展。相比于金属点阵结构的研究,以纤维复合材料为母体材料的点阵结构及微尺度点阵材料尚处于初级研究阶段,结构形式及杆件类型都显单一,且在低密度时易发生杆件屈曲破坏从而降低了这类结构的性能。为此,本文的研究目的是以Ashby的一系列设计思想为指导,从原始设计上提高结构的抗屈曲特性并发展新型点阵结构,希望可以丰富现有材料的结构形式,并在最终性能上填补现有材料的空白,从而为实际应用提供更多的选择。　　第2章基于微结构设计的思想发展了空心金字塔型复合材料点阵结构,并利用热膨胀模塑成型法首次制备出不同相对密度的空心点阵结构。面外压缩试验证明了空心复合材料点阵结构在低密度下的抗屈曲特性得以提高,压缩强度为相同相对密度下实心点阵结构的2倍;单臂剪切实验结果表明空心点阵结构的剪切强度与点阵杆件及杆件节点处的强度均有关,且高于相同相对密度下的实心金字塔型点阵结构;在承受面内压缩载荷时,空心金字塔型点阵结构与实心金字塔型点阵结构的承载效率相同,经最小质量设计后的点阵结构,在承受相同载荷时分别比聚合物泡沫夹芯结构和金属泡沫夹芯结构减重17％和21%。　　第3章基于材料混杂设计的思想,提出了混杂杆件复合材料点阵结构的概念。选择了轻木和硅橡胶两种杆内芯材,并制备出相应的混杂杆件金字塔型复合材料点阵结构。轻木芯混杂杆件点阵结构的比强度较实心点阵结构提高了19%;而橡胶芯混杂杆件点阵结构在单位体积上的能量吸收能力超过了空心点阵结构,但单位质量吸收的能量有所降低;另外,杆内填充橡胶后,点阵结构的抗局部冲击特性得以增强,等效阻尼损耗因子却由于杆内橡胶较小的应变能贡献率而略低于空心点阵结构。然而研究表明,混杂杆件复合材料点阵结构经合理设计后,可扩大材料比强度性能库,同时又能实现点阵结构的多功能化。　　第4章基于多层级构造思想,发展了拉伸或弯曲主导构型在不同尺度上混合的多层级结构,分别为宏-细观尺度上的拉-拉及拉-弯混合型两类多层级复合材料点阵结构,并提出了相应的制备方法。对这些结构的压缩效率进行评估,发现这两类多层级结构与优化后的空心金字塔型复合材料点阵结构效率相当,且优于其它易屈曲的低阶多孔芯材。接下来,详细探讨了不同尺度结构构型对多层级结构性能的影响,发现对于经过优化设计的多级结构,宏观尺度结构拓扑构型的效率直接决定了多层级结构的效率,而细观尺度结构拓扑构型则影响不大。另外,研究表明复合材料点阵杆件的铺层方式会影响点阵结构的效率,在承受面外压缩时,按面内方向铺层形成的点阵结构压缩效率更高,本章中所发展的按面内方向铺层的拉-弯混合型多层级复合材料点阵结构,由于宏观尺寸小、结构效率高及制备工艺简单而被认为最有应用前景。　　第5章对美国加州HRL实验室的聚合物微点阵材料在不同应变率下的惯性稳定性效应进行了研究。首先,利用自蔓延波导法制备了七类不同几何尺寸的柔性聚合物微点阵材料及其夹芯结构。通过DSC和DMA实验对聚合物材料的热力学性能进行了表征,其中DMA试验结果表明聚合物的玻璃化转变温度随着测试频率(对应着加载应变率)的减小而降低。微点阵结构随着应变率的增加出现了强化现象,对实验结果进行分析后发现,点阵杆件的惯性稳定性效应是出现结构强化的主要原因,且在高应变率下对高弦长比的聚合物微点阵结构更加明显,这一结论可以用于指导动态应用中的柔性结构设计。