航空航天设备面临的严苛力热载荷,是其结构轻量化设计的难点之一。点阵材料由于具有轻质、高比刚度/比强度、隔热/散热性能好、可设计性强等优点,成为了航空航天领域中极具轻量化潜力的承载材料。同时,增材制造技术的发展,也提升了复杂构型点阵结构的可加工性。然而,增材制造点阵结构的应用仍存在若干需克服的难点。其中一项为,经典点阵填充方法往往不考虑填充对象形状,导致填充区域边界存在大量不完整单胞,导致性能下降、增加失效风险。对于该问题,使用保型点阵结构填充,可以让点阵单胞更好的适应填充空间形状,保证结构边界上点阵单胞的完整性,避免产生大量几何缺陷,但经典点阵结构分析手段多数不适用于该类填充结构。另一项限制点阵填充结构应用的问题为,点阵结构内部通常存在大量复杂特殊的几何特征,精确建模的有限元分析与优化设计会耗费大量的计算资源,因此提高点阵结构有限元分析及优化的效率在装备结构的设计制造中变得十分重要。针对以上需求,本文开展了三维热弹性点阵结构多尺度分析及优化方法研究,同时开展了基于并行分析库的并行计算程序开发。具体研究内容如下:（1）发展了基于拓展多尺度有限元的三维热弹性点阵结构多尺度分析方法。针对由保型点阵单胞构成的热弹性点阵结构,使用基于Laplace插值修改的三维热弹性点阵单胞的线性边界条件,给出点阵单胞数值基函数的求解方法和能反映宏微观性能映射关系的等效单元刚度阵、等效热载荷的求解格式,从而建立了三维热弹性点阵结构多尺度有限元等效分析理论。（2）开发了基于并行计算的三维热弹性点阵结构的多尺度分析程序。基于PETSc（portable,extensible toolkit for scientific computation）并行计算库的数据结构及线性方程求解器,建立了三维热弹性点阵结构并行分析程序。针对多尺度并行分析的主要耗时环节,采用分布式存储、并行执行、并行求解等方式,有效减少了相关环节的计算耗时,从而大幅降低了多尺度有限元分析的总体计算耗时。数值算例验证显示,所建立的并行分析框架能够实现三维热弹性点阵结构响应的精确求解,所建立的并行分析框架可有效的提升结构多尺度分析效率。（3）发展了三维热弹性点阵结构的材料/结构多尺度优化方法。基于三维热弹性点阵结构多尺度分析方法,本文以最小应变能为目标函数,点阵单胞材料体分比的凝聚函数作为微观约束,结构整体材料用量作为宏观约束,基体材料密度和微观杆件截面积作为宏微观设计变量,建立了多尺度拓扑优化列式,并开展了适用于具有复杂几何形态的热弹性点阵结构的材料/结构多尺度并发优化理论研究。研究中使用密度过滤与Heaviside惩罚,规避优化过程中的数值不稳定性现象。针对所建立的多尺度优化列式,给出了宏微观设计变量灵敏度的表达式。（4）开发了三维热弹性点阵结构的材料/结构多尺度并行优化程序。三维热弹性点阵结构内部微观杆件数目庞大,使得多尺度优化问题的分析耗时较高。针对此问题,本文开发了三维热弹性点阵结构的材料/结构多尺度并行优化程序。通过数值算例,说明了以最小应变能为目标函数的三维热弹性点阵结构多尺度优化的合理性。同时,研究中探究了宏观有限元网格划分策略、尺寸效应、温度变化量、微观体积分数对多尺度优化结果的影响。数值结果验证了并行优化框架的求解能力。最后,研究中使用所开发的并行分析程序,对含上亿根微观杆件的三维热弹性点阵结构进行了位移响应求解。同时,使用并行优化程序,对含上亿根微观杆件的三维点阵结构进行了材料/结构宏微观多尺度优化。验证了并行分析及优化程序具有良好的可拓展性,能够对大规模三维点阵结构进行求解,在三维点阵结构的分析及优化问题中具有很大的竞争力。