骨组织工程为解决骨缺损修复问题提供了有效的解决思路,骨组织工程支架是骨组织工程中的关键所在。在设计支架时可以使用不同的材料或者胞元形成复合结构,使其形态和功能上更接近自然骨。合理的复合结构设计不仅可以使支架的力学性能和生物特性更加优秀,还可以在一定程度上提高其使用寿命。对支架力学性能和渗透性等进行分析可以为此类骨支架设计提供参考。本文提出了一种新的复合结构设计方法,即采用两种边界结构相近的胞元,使得复合结构在两种胞元过渡处自然过渡而不产生较大的应力集中。两种胞元中,屈服强度较高的胞元作为外层的支撑结构,提高支架整体的力学性能,渗透性能较好的胞元作为内层结构,提高支架整体的运输能力。本文开展了如下研究:首先采用立方体胞元、具有支撑结构的立方体胞元设计了三种不同内外层胞元个数比（21:4、13:12、9:16）、尺寸为16×16×16mm~3、孔隙率为60%的复合结构骨支架,并在三维建模软件NX 11.0中建立复合支架模型和具有相同尺寸和孔隙率的均匀结构模型。在此基础上完成了孔隙率、比表面积、无障碍流动面积比的计算。采用有限元方法对复合支架进行了仿真压缩分析,探究不同多孔结构弹性模量和屈服强度的差异。在流动性能方面,采用流体动力学仿真的方法分析了支架内流场的速度场、压力场和壁面剪应力分布情况,并基于达西定律计算了支架的渗透率。之后选择光固化3D打印技术对所设计的支架进行了制造,采用落差法测量通过支架的流量,并采用达西定律计算了支架的渗透率,将实验所得结果和仿真分析进行对比和验证。此外,还使用三周期极小曲面（Triply Periodic Minimal Surfaces,TPMS）结构胞元为基本胞元设计了一种复合结构支架,使用Mathematica软件建立了TPMS复合结构骨支架的模型,分析了TPMS结构控制方程参数对孔隙率的影响,并对其进行了仿真压缩分析和流体动力学分析。研究结果表明:复合结构骨支架对比均匀结构骨支架在强度、比表面积、壁面剪应力分布上有较大提升,但弹性模量略微增加,渗透率有所下降。按照内外层21:4胞元个数比设计的复合支架,强度对比均匀支架提高了60%,弹性模量只提高了20%。但对比均匀结构,复合支架的渗透率下降了约25%。TPMS复合结构支架弹性模量为17.6GPa,能与骨的力学性能很好地匹配,对比相同孔隙率的CAD复合结构支架,有着几乎2倍的强度和比表面积,渗透率也高10%左右,渗透率测量实验结果与仿真所得结果正相关。结论:合理的复合结构设计可以增加支架的强度、提升支架的比表面积,使得支架有着更适合骨细胞生长、分化的壁面剪应力分布。本文提出的复合结构设计方法不仅适用于CAD结构复合支架的设计,也适用于TPMS结构复合支架的设计。本文为复合结构多孔支架的设计提供了参考,可一定程度上避免复合结构使用不同胞元过渡不自然而产生应力集中的现象,为改善支架力学性能提供了新的思路。