随着航空构件逐渐向轻量化、集成化、多功能化方向发展,传统的轻质金属材料及结构已无法完全满足其性能需求。点阵结构作为一种极具潜力的功能性材料,通过将其填充于航空零部件内部,并借助增材制造工艺将其制造出来,能在实现结构轻量化设计的同时,为其带来新的功能特性。因此,对这种新型结构相关的轻量化技术开展研究具有重要的工程意义。本文将对点阵结构的航空构件轻量化设计及优化技术展开研究,主要研究工作如下:(1)针对点阵结构的几何建模问题,提出了一种基于骨架线的点阵结构建模方法。首先对模型设计空间进行均匀体素划分并填充点阵骨架单元,之后对所得点阵骨架线进行弯曲算子、边界随形、点阵-外框骨架线一体建模等编辑优化处理,最后通过插值计算构建点阵骨架线的距离场并借助Marching Cubes算法从中抽取点阵模型。通过有限元仿真可知,与传统建模方法相比,所提点阵建模方法生成的点阵结构具有较好的节点力学性能。(2)针对点阵结构的分布设计问题,提出了变周期点阵、八叉树点阵这两种具有不同单元分布形式的点阵结构建模方法。根据优化模型的承载特点选择性地生成具有内疏外密、内密外疏等单元分布特性的点阵结构,使材料合理地集中于模型的主承力区域。(3)针对点阵结构的强度优化问题,通过结构的应力场数据对点阵骨架线的端点缩减值与权重值进行插值计算,实现了点阵结构的节点、杆径迭代优化技术,能有效提升模型的强度,且优化结果模型的相对密度分布与结构的应力分布之间能取得相匹配的映射关系。(4)面向典型航空构件飞机轴承支架与航空发动机连杆的轻量化设计,基于上述所提点阵结构的参数化设计、优化方法,根据两件典型航空构件的承载特点,为其选用不同单元分布形式的点阵结构进行填充,并分别通过点阵结构的节点、杆径迭代优化技术提升其强度。通过对优化结果模型进行有限元仿真与物理实验校核,验证了优化方法的有效性。