未来航天器在深空探测过程中将面临更加复杂和多变的环境,其内部精密仪器对承载与防护结构提出了更高的要求。三维点阵材料具有突出的比强度、比刚度和可设计性等特点,被普遍认为是一种很有发展潜力的新型多孔材料,在航天器轻量化结构、防碎片撞击护板、缓冲吸能装置以及其它运载工具轻质结构上有广泛的应用前景。本文以航空航天应用为背景,以高比强、高吸能金属基点阵材料为研究对象,对其设计、制备、优化及压缩力学行为等进行了研究,旨在为先进点阵材料的发展提供参考。本文取得的主要结果如下:设计出三种多重旋转自支撑点阵材料及其加固变体,通过激光选区熔化法制备出AlSi10Mg合金点阵材料。对其进行的单轴压缩实验表明,六重旋转对称性结构的点阵材料具有最高的强度,分别比三重和四重结构高约152%和255%。在单胞中添加竖直支杆,可使点阵材料的比强度增加174%,而添加面心斜杆,点阵材料的比强度变化不大。当点阵材料相对密度达到临界值后,其压缩变形模式发生显著变化,从而对能量吸收性能产生明显影响。能量吸收图表明,肩点关于密度变化的轨迹线为直线且斜率不同,这与泡沫材料相比存在较大差异。针对点阵材料变形模式和应力应变响应等方面存在的不足,开展了制备方法和结构优化试验。在制备方法方面,通过3D打印制模、熔模铸造法成形工艺分别制备出了铸态AlSi10Mg合金和7005铝合金增强型自支撑点阵材料,然后结合有限元分析和单轴压缩实验,对比研究了这两种材料与直接3D打印成形的AlSi10Mg点阵材料的力学行为。结果表明,比之后者,3D打印结合熔模铸造法制备的点阵材料塑性变形阶段没有出现明显的应力波动,载荷效率显著提高。试验还发现,节点处杆径对材料强度有较大影响,而基体材料和倾斜角对点阵材料变形模式有决定性作用。在上述试验的基础上,本文给出了强度和刚度与倾斜角之间关系的理论公式,以及基于能量吸收图的基体材料选择和优化判据。在结构优化方面,对自支撑点阵材料进行构型梯度铺层设计。有限元分析和单轴压缩实验表明,该结构单位体积吸能最大值达到4.94 mJ·mm-3,比均质点阵材料提升了 44.87%。梯度构型的点阵材料变形模式为阶梯式层级失效,而均质点阵材料则为斜对角破坏,这是前者吸能性提高的主要原因。如果将两种点阵材料作为芯部制备夹芯板,由于边界处点阵单胞受到面板的约束,故使其强度、刚度和能量吸收能力进一步提高。设计并制备出了兼具拉伸主导和弯曲主导特点的单胞结构——类鸢形结构,其压缩行为与压缩方向有关,纵向压缩出现多个斜对角破坏带,体现出拉伸主导型变形模式;侧向压缩倾向于整体变形,体现出弯曲主导型变形模式。此外,还制备出了类鸢形与自支撑型组合的点阵构型,组合结构纵向压缩时减弱了塑性阶段应力的波动,且强度和刚度明显提高;组合结构侧向压缩时应力-应变曲线的平滑程度更为显著,还出现应力阶梯状上升和应力随应变缓慢上升两种新的变化模式。上述结果表明,类鸢形与自支撑型组成的复合点阵材料作为承载单元时,应以纵向压缩作为承载方向;作为缓冲吸能单元时,则应以侧向压缩为承载方向。基于以上实验结果和材料力学理论,建立了自支撑点阵材料的理论应力-应变曲线,绘制了理想化能量吸收图,提出了缓冲吸能自支撑点阵材料的设计方法,并通过具体算例和实验验证了该方法的可行性和可靠性。