作为连续体结构优化所使用的方法之一,拓扑优化通过在给定的设计域内对材料以及孔洞空间位置进行定义,经过迭代计算最终获得特定力学性能达到最佳的结构形式。与结构优化中的尺寸优化与形状优化相比,拓扑优化在结构的设计上具有更大的自由度,这也使得其在提高材料利用率与结构性能上具有更大的潜能。多尺度优化是在对宏观尺度结构进行优化的基础之上,对微观尺度下单元内的结构进行优化设计。相比传统的单一尺度优化,多尺度下进行的结构优化在实际的工程运用中能够进一步地发挥拓扑优化的优势。多尺度优化一直是拓扑优化领域的研究热点,相关学者针对这一主题提出了各种不同形式的多尺度优化方法。本论文在相关研究的基础上,提出了一种基于Solid Isotropic Material Penalization（SIMP）的新设计方法,用于多尺度优化设计。主要研究内容如下:首先提出一种介观尺度下单元结构的设计方法,设计出四种基本构型。在构型的基础上设置特征尺寸参数,使介观单元结构呈现不同级别,从而模拟宏观尺度下的各类密度单元。基于均匀化方法对不同特征尺寸下的单元结构进行等效处理,计算出其弹性张量。在SIMP方法的优化框架下,将密度单元用预先设计的单元结构进行代替,并将其弹性张量用于结构优化迭代的计算中,再对最终结构进行边界处理,以此作为整个多尺度结构优化方法的结构后处理。随后通过两个算例对该方法的有效性进行验证。通过与经典SIMP方法的优化结果进行对比,对本次提出方法的有效性以及结构的可制造性进行验证;对优化过程中的两类结构参数进行设置,通过结果来分析参数对结构性能产生的影响。基于算例结果运用有限元软件进行模拟仿真,通过连续施加载荷对结构刚度进行检测。最后结合增材制造技术,对两种构型的悬臂梁结构进行制造,在搭建平台上进行加载试验,完成对该方法实际有效性的验证。在计算效率以及结构可制造性方面,本研究中所提出拓扑优化方法相比经典的优化方法具有较大的提升,经该方法得到的结构在刚度性能上也有着较好的表现。