夹芯结构满足了航天航空和高铁等现代高科技领域中对于比强度高、比刚度高和减重材料的要求，在这些领域中被广泛使用。通过宏观和细观两方面对复合材料夹芯结构进行协同优化设计来实现结构的轻量化，给进一步节约能源与材料提供了可能性。本文研究了复合材料层合面层蜂窝夹芯结构的协同优化问题。首先对夹芯结构及结构优化理论的国内外研究进行了回顾，给出了六角形蜂窝夹芯结构的共、异面性能和等效密度。推导了考虑伸缩、剪切和弯曲变形的六角形夹芯材料的面内等效系数的表达式。利用已有的实验结果使本文蜂窝结构的面内等效弹性系数公式的准确性得到了证明，求出不同的参数对面内等效弹性系数的影响规律，建立了反对称斜交铺层复合材料层合面层的等效弯曲弹性参数的计算公式。在三种夹芯结构等效理论的基础上，推导了单一面层蜂窝夹芯结构的宏观刚度表达式和薄面板正交异性夹芯板的弯曲刚度，给出结构的相关等效系数。在两个约束条件的前提下，建立了以结构最小重量为目标函数的单一面层和复合材料层合面层的蜂窝夹芯结构优化设计模型，并使用拉格朗日乘数法来分析简答。在保证蜂窝夹芯结构性能所需的刚度条件相同的情况下，对比单一面层和复合材料层合面层的蜂窝夹芯结构的最优重量。同时，从宏观和细观两方面对单一面层和层合面层的蜂窝夹芯结构进行了协同优化设计，给出了复合材料层合面层夹芯结构的重量与芯层厚度和层合面层的铺层角度之间的关系，并求出最优解。最后，在ANSYS软件中对蜂窝夹芯结构进行优化设计。