晶格结构由于其各方面性能表现良好,在过去的几十年中,受到广泛的重视。近年来,三维打印技术的发展更是为复杂晶格结构的制造提供了可能,于是工业界对于复杂晶格结构设计的需求越来越大。然而,目前的晶格结构设计方法还难以有效设计复杂的晶格结构。其中一个重要的原因是所使用的简单单元结构往往不能充分满足设计需求。为此,本文研究基于丰富单元结构的晶格结构设计方法,以更好地满足复杂的晶格结构设计需要。本文的主要研究工作包括:1.提出一种基于多级单元的候选单元结构生成方法。首先,给出了有效单元结构的约束条件;然后,以其为基础,给出了多级单元结构的生成方法—基于约束条件快速生成简单的一级单元结构,而后递增式生成更复杂的二级单元结构,以增加单元结构的丰富性。该方法能够高效地生成充分丰富有效的候选单元结构。2.提出高质量单元结构库的构建方法。首先,给出了有效筛选候选单元结构的准则和一种快速计算单元结构物理属性的方法;然后,以它们为基础,从所有候选单元结构中综合优选出适合于构建单元结构库的单元结构。该方法能够有效构建质量保证、结构丰富但不冗余的单元结构库。3.提出单元结构选择函数,实现拓扑优化引导的晶格结构设计。首先根据拓扑优化得到的网格单元密度和选择函数,从单元结构库中选择合适的单元结构,生成晶格结构;然后,应用响应面优化方法优化生成晶格结构的几何尺寸。该方法能有效实现晶格结构的优化设计。实验结果表明,本文提出的晶格结构设计方法具有有效性。