宋 波，张 磊，王晓波，范军翔，魏帅帅，张 志，李敬洋，祁俊峰，史玉升

（1. 华中科技大学，武汉 430074；2. 北京卫星制造厂有限公司，北京 100094）

传统结构设计大多面向力学性能优化，在保证力学性能的同时实现轻量化目的，达到节能降耗的效果，被广泛应用于航空航天领域[1–4]。然而，高端装备对多功能构件的设计需求越来越高，仅考虑力学性能与轻量化耦合设计已难以满足多功能构件的需求，基于多物理场耦合的多功能结构设计与基于环境激励响应的智能结构设计逐渐发展起来。这类具有特殊物理性能、多性能耦合或智能响应的结构构件也被称为超材料[5–8]。

结构构件的拓扑优化设计已趋于成熟，根据受力条件，利用拓扑优化工具可设计出兼具力学性能与轻量化的超材料结构。然而，仅以受力条件与轻量化为目标导向的拓扑优化设计的构型复杂，传统的制造技术难以成形。增材制造技术因其逐层逐点成形的特点，在成形复杂结构方面具有显著优势，成形对象由最早的结构构件逐渐发展到目前的功能构件与智能构件，在航空航天、航海以及生物医疗等领域具有广阔的应用前景。但是，增材制造技术也有成形局限性，目前面向增材制造的拓扑优化设计考虑的约束仅有宏观约束，包括支撑形式、表面粗糙度、制造精度等[9]，导致较多力学拓扑结构虽然具有很好的理论性能，但是成形构件的性能较差。因此，将增材制造技术约束引入结构拓扑设计是实现宏观结构与性能可控的多尺度拓扑设计的有效手段，也是未来力学拓扑设计的发展趋势。……