轻量化是航空航天永恒的主题，新一代飞行器对结构效率和功能效率提出了新的需求。复合材料点阵结构因其具有高比强度、比刚度等特性，已成为新型轻量化结构的研究热点。本文围绕热塑性点阵圆柱壳结构开展了ABS均匀/连续梯度点阵圆柱壳结构、金属蒙皮/ABS连续梯度芯层混合点阵夹芯圆柱壳结构以及连续玻璃纤维增强热塑性复合材料夹芯圆柱壳的设计、制备与力学性能研究。主要进行了以下几个方面的工作：
　　首先，设计并制备了均匀/连续梯度ABS热塑性点阵圆柱壳结构。通过准静态轴压实验对其承载能力以及变形模式进行了研究。结果发现，FDM成型工艺引入的随机缺陷会造成均匀点阵圆柱壳结构初始破坏的位置随机不可控，而合理的梯度设计可诱导结构的初始破坏位置总是从低相对密度处发生，实现结构初始破坏的可控发生，同时引入梯度设计能有效降低结构的初始峰值力。考虑ABS材料的断裂失效模式建立了点阵圆柱壳结构轴向压溃的有限元分析模型，其变形破坏模式和载荷位移曲线与实验结果吻合较好。并在此基础上系列研究了梯度形式对于结构的力学性能的影响。
　　然后，基于Ashby混合设计思想，提出并设计制备了金属蒙皮/ABS连续梯度芯层混合点阵夹芯圆柱壳结构，通过准静态轴向压缩实验研究了其变形模式以及承载能力。实验结果发现均匀混合点阵夹芯圆柱壳结构的载荷-位移曲线在平台期载荷峰值基本一致，而连续梯度混合点阵夹芯结构的载荷峰值则递增出现，结构发生逐层渐进压溃失效，芯层梯度设计提高了结构整体稳定性和变形可控性。当压缩应变为50%结构压缩进入密实化阶段之前，与蒙皮和芯层单独压缩吸能相比，夹芯结构的能量吸收能力实现了“1+1＞2”。建立了考虑胶粘界面失效以及ABS材料断裂破坏的混合夹芯圆柱壳的有限元模型，研究了不同梯度设置下结构的轴向压缩力学响应。
　　最后，发展了一种基于蒙皮纤维缠绕成型和芯层嵌锁成型工艺的连续玻璃纤维增强热塑性复合材料多层级点阵夹芯圆柱壳结构设计制备方法。通过准静态轴向压缩实验研究了正交和单向纤维铺层圆柱壳结构的承载能力,基于DIC方法分析了其压缩过程中的主要变形模式,建立了考虑多种典型失效模式的结构承载能力预测公式。采用归一化压缩强度与其他夹芯结构的承载力效率进行对比研究，发现本文所设计的正交和单向纤维铺层蒙皮层级蜂窝芯层热塑性复合材料夹芯圆柱结构的承载力效率高于热固性复合材料皱褶芯层夹芯圆柱壳结构、热固性复合材料蒙皮金属金字塔点阵芯层夹芯圆柱壳结构以及热固性复合材料波纹芯层夹芯圆柱壳结构。