近十年来，各领域对于结构微型化、集成化和轻质多功能的关注迅速提升，尤其是在对减轻重量、节省体积和多功能一体化有强烈追求的航空航天领域。拉伸主导型点阵夹芯结构被认为是兼顾材料、结构、功能等因素的功能性构型材料，其不仅可以提供优异的力学性能，还具有实现热控管理、能量吸收、抗冲击等多功能一体化的潜在优势；而碳纤维复合点阵夹芯结构更是被视为最具前景的新一代超轻材料的首选，符合轻质多功能复合结构的发展需求。本论文以航天器子系统电子元件多功能结构为工程应用背景，以实现承载和热控功能一体化为研究目的，对复合点阵夹芯结构的制备工艺及力学性能、主动热控性能和多场耦合行为进行了研究，并对结构芯体胞元几何参数进行了多目标优化设计，为该结构最终实现多功能一体化奠定坚实基础。针对现有碳纤维复合点阵夹芯结构各制备工艺中存在的问题，采用热模压二次成型法制备了含有横条的复合金字塔点阵夹芯结构，并对结构的面外压缩、面内剪切、面内压缩和三点弯曲性能进行了实验研究和理论预报。结果表明，改进结构的力学性能得到了提升，但节点破坏仍是限制结构潜能充分发挥的重要因素。此外，提出了一种芯体节点交错编织的形式进一步克服横条与芯体脱离的新型破坏模式。通过与同类型同材质结构和Ashby工程材料的对比分析，证明该结构具有优良的综合力学性能，尤其是在材料低密度范围内优势尤为显著，且仍具有进一步改进空间。采用热阻网络模型和经典翅片理论对含局部内热源的复合点阵夹芯结构主动换热下的热场进行了理论分析，并在宽泛的雷诺数范围内数值研究了强制水冷下的流体流动和热传输特性，通过局部流动类型和速度场的多种表征形式揭示了结构的换热机制，基于无量纲热传输参数和热场分布表征参数对结构的换热性能进行表征和评价，讨论了热控主要指标—热源最高温度对热控内、外在主要影响因素的响应，给出了热源热流密度和胞元几何参数影响的拟合关系，并指出结构存在热控速度阈值。考虑压降、热传输性能等多因素对各常见换热媒介进行了综合比较分析，证明该结构具有优良的综合主动换热性能。对含局部内热源的复合点阵夹芯结构主动换热时受特定外加弯曲载荷作用下的结构响应问题进行了研究，结合实际将这一复杂多场耦合问题简化为递进的几种简单组合问题，探究了结构在热-流-固多场作用下的温度场和应力场分布状况，揭示了热-力顺次耦合与完全耦合条件下的场分布差异，并指出了弯曲变形对结构内部局部流体流动及结构换热性能的影响。研究表明，相对于内热源的结构内凹型变形有助于点阵夹芯结构换热性能的提升。为更好地实现结构的承载-热控一体化，采用Pareto（帕累托）多目标遗传优化算法，以复合点阵夹芯结构的相对密度、力学特性和热控最高温度为选择性组合优化目标，对杆件倾角、芯体高度、杆件直径三个芯体胞元主要几何参数进行了优化设计，以获得不同优化问题的Pareto优化前沿，揭示了各优化问题对各子目标函数的整体敏感性以及子目标函数对各优化变量的单一敏感性，并给出了各优化解集内相对密度与温度、相对模量之间的近似优化关系。结果表明，芯体高度为最主要优化参数，而Pareto优化倾角约为45°。最优化解集在理论上为工程设计提供了选择，但同时还要考虑特定需求、制备工艺、成本等诸多因素。