由于在长期飞行过程中飞机会受到复杂的交变载荷作用,往往会导致飞机蒙皮出现裂纹从而造成严重飞行事故。所以为了提高飞机蒙皮的抗裂性能并有效提高其残余疲劳寿命,本文以植物叶片为基础,开展了仿生单元阻滞裂纹扩展的研究。首先,为了提取合适的叶脉抗裂结构仿生参数,使用优化的数字图像处理技术,从210片植物叶片中提取叶脉的角度和分布信息,并通过统计优化仿生参数构建叶脉仿生单元。再利用Lloyd算法在各种形状边界内生成质心Voronoi图,通过控制胞元的圆度、数量和迭代次数近似模拟昆虫翅翼的Voronoi结构,再将该结构与叶脉仿生单元相互组合,从而生成叶脉-翅翼多元仿生耦合模型,并对其进行低周疲劳数值模拟,以确定该仿生模型的抗疲劳性能和应力分布情况。为了探究叶脉仿生单元对飞机蒙皮裂纹阻滞性能的影响,针对飞机蒙皮损伤修复的形式,利用激光熔覆技术在2024铝合金上制备叶脉仿生单元,并通过机械疲劳实验研究了未处理试样和不同仿生参数的叶脉仿生单元试样在恒幅载荷下的疲劳寿命和裂纹扩展速度。最后为了探究叶脉仿生单元阻滞裂纹扩展的机理,通过分析裂纹扩展路径,观察试样断裂截面的宏观和微观形貌,测量叶脉仿生单元的硬度等手段表明叶脉仿生单元的特殊结构和硬度的提高是阻滞裂纹扩展的主要因素。