三周期极小曲面（Triply Periodic Minimal Surfaces,TPMS）近年来在生物材料、高强度轻量化元件、功能梯度材料等应用领域受到了广泛的关注。基于TPMS的梯度点阵结构是一种通过连续变化的孔隙分布来改变其机械性能的新型多功能结构,它具有孔隙连通率高、结构多样化、力学性能优良等优点。然而,传统制造方式难以加工成型这种新型复杂点阵结构。以选区激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）为代表的增材制造技术是制备这种结构的有效手段。本文以SLM的成型方式和Ti6Al4V（TC4）梯度点阵结构为研究对象,利用理论分析、实验研究和模拟仿真等手段研究其力学性能,并提出基于拓扑优化算法的梯度结构填充策略。论文的主要研究内容概括如下:（1）研究了TPMS的参数控制原理、点阵结构的体积分数求解,提出了（Gyroid和Diamond）壳状梯度点阵结构的参数化建模方法。（2）研究不同单元类型对SLM成形TC4梯度点阵结构压缩力学性能的影响。通过梯度点阵结构的单轴压缩实验,分析其力学行为和失效机理,揭示了不同单元类型对梯度点阵结构应力应变曲线、屈服强度、弹性模量、应力跌落和波动情况等力学性能的影响规律。研究发现:在相同体积分数梯度范围内,壳状梯度结构比杆状梯度结构具有更高的弹性模量、屈服强度和更稳定的应力波动,其中S-GG壳状梯度结构的综合性能最佳。（3）为深入分析壳状和杆状两种梯度结构的变形机制和应力分布情况,采用了Johnson-Cook模型进行有限元分析,模拟材料塑性变形和断裂破坏。模拟结果表明,Gyroid杆状梯度结构在两个相邻单元层的支撑杆中部压应力集中,而壳状梯度结构整体压应力分布较为均匀。此外,对梯度点阵结构的吸能性能进行了研究,结果表明壳状梯度结构的吸能总量和吸能效率更高。（4）结合固体各向同性材料惩罚模型（SIMP）的拓扑优化算法,提出了梯度点阵结构的填充策略。以悬臂梁结构为案例,进行结构优化。根据模拟仿真结果,发现在同等重量的前提下,与传统周期性点阵结构填充的悬臂梁相比,基于壳状梯度点阵结构填充的悬臂梁结构的刚度有明显提升。综上,本文提出了基于TPMS梯度点阵结构的设计方法,分析了四种梯度点阵结构的压缩力学性能和变形行为,模拟出了梯度结构在受载下的应力分布情况,完善了基于SIMP算法的点阵结构填充策略,获得了结构新颖、性能优异的新型轻量化填充结构,促进了增材制造和优化设计的深度结合。