甲虫经过亿万年的不断进化,其鞘翅进化出了具有与周围环境相适应的特殊结构和功能。研究表明甲虫鞘翅是一种轻质高强耐损伤的生物材料,已成为近年来研究新型轻质多功能结构材料的主要仿生对象之一。本文以白星花金龟为研究对象,使用扫描电镜对鞘翅的不同方向、不同部位的断面微结构进行了观测和分析,并根据鞘翅表皮层中观测到的纤维铺排方式以及微观结构特征,设计仿生铺排层合板和仿生芯体结构。利用有限元分析软件ABAQUS/Explicit对仿生铺排层合板进行三点弯曲分析,结果表明仿生双螺旋层合板的韧性性能更加优异。使用碳纤维复合材料分别制备仿生双螺旋层合板和正交铺排层合板,并进行三点弯曲试验,验证了有限元分析结果的可靠性。根据白星花金龟鞘翅断面微观结构形式提出了两种仿生芯体结构Ⅰ型和Ⅱ型,首先对仿生芯体结构进行参数优选确定结构尺寸,并使用有限元法对两种仿生芯体结构进行三点弯曲分析并与蜂窝芯体结构进行对比,根据载荷-位移曲线计算其韧性,结果表明仿生芯体结构的韧性性能优于蜂窝芯体结构。其次对两种仿生芯体结构进行抗压缩性能分析,与蜂窝结构单胞比较,结果表明仿生芯体结构Ⅱ型的抗压缩性能最好。最后使用金属3D打印技术制备了三种结构单胞试样并进行了压缩试验,验证了有限元分析的准确性和可靠性。将仿生双螺旋层合板分别与两种仿生芯体结合,对两种仿生鞘翅夹芯结构进行三点弯曲分析,并与蜂窝夹芯结构进行对比,结果表明仿生夹芯结构Ⅱ型的韧性最好。最后使用胶接技术制备了三种夹芯结构并进行三点弯曲试验,试验结果与有限元分析结果一致。