壳体填充复合结构由外部包覆壳体和内部填充多孔结构两部分构成,具有稳定的结构性能、材料用量低、热翘曲不敏感等优点,近年来在增材制造领域中得到广泛应用。拓扑优化作为一种创新性的设计方法,具有着设计自由度大、效率高等优点,近十几年来得到广泛关注并在诸多工业领域得到成功应用。其中,双向渐进结构优化法（Bidirectional Evolutionary Structural Optimization,BESO）由于其算法简单高效,受到不少研究学者及工程技术人员的青睐。本文面向壳体填充复合结构,基于BESO提出一种可灵活调控填充结构几何构型的渐进式拓扑优化设计方法。主要研究内容概述如下:首先,发展了面向壳体填充复合结构的渐进式拓扑优化设计方法。该渐进式设计方法包含两个串行的设计步:（一）、含表层强化壳体的结构整体拓扑构型设计,（二）、内部填充结构构型的精细化设计。具体地,在设计步一中,假设结构的内部填充为性能较弱的均质材料,通过开展多材料（空/弱填充/强壳体）结构拓扑优化设计,得到整体结构拓扑构型;在设计步二中,进一步地精细化设计内部填充的结构构型,替代前一步骤中的均质弱填充材料,同时通过约束最大结构尺寸实现对填充结构几何构型的灵活调控。其次,通过典型优化算例验证该设计方法的有效性与可靠性。二维简支梁和悬臂梁的数值优化设计构型显示,在不同的最大尺寸约束下,本设计方法均可优化生成刚度较好的壳体填充结构,且优化过程的中间迭代构型始终满足最大尺寸约束。在相同的设计参数下,采用拓扑结构构型各异的均匀晶格填充构型作为初始猜想,开展填充结构构型的精细化设计,所设计的壳体填充结构的拓扑构型差异较大,且保留着初始填充构型的拓扑特征,而刚度性能亦呈现不同程度的提升。最后,通过开展加载试验进一步验证该设计方法的有效性。以二维简支梁壳体填充结构为草图,进行三维模型的构造,并在模型上构造结构附件以保证试件与三点弯曲夹具的贴合安装。采用光敏树脂SPR6000B进行试件的3D打印制造,并以三点弯曲试验对试件进行力学性能测试。试验结果表明,与传统的均匀方形晶格填充结构相比,该方法所设计的壳体填充复合结构的刚度及强度性能较佳,同时鲁棒性得到显著提高。