随着增材制造技术的迅速发展,点阵材料作为新型的超轻质材料,由于其优异的比强度、比刚度、抗冲击及隔热能力,被越来越多的应用在航空/航天飞行器、医疗设备等先进工业装备制造中。但由点阵材料构成的结构多具有微观杆件数量庞大,构型复杂的特点,基于传统有限单元法对其进行建模分析计算量巨大,针对点阵结构的优化设计受限于有限元分析计算效率变得十分困难。本论文基于多尺度分析算法——拓展多尺度有限元法(Extended Multiscale Finite Element Method)与点阵结构双尺度并发优化设计框架,在MPI集群环境下,引入高性能并行科学计算库PETSc(The Portable,Extensible Toolkit for Scientific Computation),开发了基于并行计算的点阵结构双尺度分析与优化程序框架,并以此为基础开展大规模三维点阵结构的多尺度分析与优化设计研究。主要工作与研究成果如下:1.分析EMsFEM(Extended Multiscale Finite Element Method,拓展多尺度有限元法)算法的并行性,从基于PETSc的并行程序实现的角度出发研究EMsFEM算法中宏微观有限元方程组的形成、宏观边界条件与微观线性边界条件的引入以及有限元方程组的并行求解。探究该程序框架在普通计算机上能够处理的问题规模,随后使用高性能服务器,计算程序的并行加速比与并行效率。指出对于EMsFEM算法而言,宏观尺度上的分析并行粒度大,并行加速效果明显,微观尺度分析并行粒度较小,可以采用串行计算或限制微观求解调用的处理器数量,以提高多尺度分析程序的性能。2.基于并行点阵结构多尺度分析程序,引入双尺度并发优化设计思想,开发基于并行计算的点阵结构双尺度并发优化设计框架。通过数值算例验证了该程序框架处理大规模三维点阵结构优化问题的能力。考察宏观单元密度与微观单胞材料体分比上限对双尺度优化结果的影响,发现增大宏观单元密度能够使材料在宏微观尺度上分配的更为合理,降低结构柔顺性,同时对于只考虑机械载荷作用的点阵结构双尺度优化设计而言,微观灵敏度的数值在平均意义上大于宏观灵敏度的数值,意味着材料会优先分配到微观尺度上,通过数值试验证明并在基体材料用量给定的情况下,材料越多的向微观分配,结构刚度性能就越好。这与普遍认同的多孔材料研究中当微观为实心材料时结构刚度最好的观点吻合。