自修复材料作为一种智能材料,一直是国内外研究的重点和难点。从宏观上看自修复材料作为一种构件,需要承载一定的力学性能,从细观上看自修复材料需要合理的载体数量和排布,来保证修复效果,因此需要同时优化自修复材料的宏观结构和细观载体。文章基于可移动变形组件框架,针对自修复材料中结构与载体的优化问题,提出了自修复材料结构与微胶囊的二维协同优化、自修复材料结构与微管道的三维协同优化研究。并以三维MBB梁优化为例,制备了单尺度MBB梁（仅考虑宏观结构的单尺度优化）和双尺度MBB梁（兼顾宏观结构和细观载体的协同优化）两种试样,验证了自修复材料结构与载体的协同优化效果。（1）自修复材料结构与微胶囊的二维协同优化。研究以整体结构柔度为目标函数,以材料体积为约束条件,基于可移动变形组件框架,建立了内置微胶囊组件的二维数学模型,通过短悬臂梁算例和MBB梁算例证明算法的正确性。研究表明在相同的约束与载荷下,与单尺度优化结果相比,双尺度协同优化的短悬臂梁算例和MBB梁算例的结构均保持了一致性,柔度值分别增加了3.37%和2.19%,说明内置微胶囊的双尺度协同优化能很好地满足结构力学与损伤自修复性能的要求,实现了结构与功能的一体化设计。（2）自修复材料结构与微管道的三维协同优化。自修复材料与微管道的三维协同优化基于可移动变形组件框架,建立内置管道的三维拓扑优化组件,通过链式求导法则和多元函数求导得到目标函数和约束条件对各个设计变量的灵敏度。最后通过三维短悬臂梁算例和MBB梁算例证明算法的正确性。研究表明在相同的约束与载荷下,与单尺度优化结果相比,双尺度协同优化的短悬臂梁算例和MBB梁算例的结构均保持了一致性,柔度值分别增加了3.49%和4.35%,说明内置微管道的双尺度协同优化能很好地满足结构力学与损伤自修复性能的要求,实现了结构与功能的一体化设计。（3）自修复材料协同优化的实验研究。为验证自修复材料结构与载体的协同优化效果,研究以三维MBB梁为例,以应变作为评价结构的力学性能指标,以环氧树脂为原料制备出单尺度与双尺度三维MBB梁实物模型,通过搭建应力测试实验平台测得两种结构的应变。实验结果表明,在三维MBB梁规定的约束与载荷下,双尺度模型的平均力学性能达到单尺度模型的91.315%。