人类科技发展的灵感源泉来源于自然,自然界中的生物进化出独特的结构满足不同的环境条件获得生存,这些天然生物所特有的宏微观结构大都具有优异的力学性能。人类研究者已经根据动植物的结构设计制造了许多低密度、高强度和高能量吸收能力的新结构。本文通过仿生平原马尾草和沼泽马尾草茎秆的结构特征设计了两类用于吸收能量的薄壁结构,通过理论分析及有限元模拟研究不同截面几何参数、轴向肋板角度、梯度设计参数以及不同冲击速度对仿生薄壁结构耐撞性能的影响。论文主要研究内容如下:（1）仿生平原马尾草茎秆设计了一种新型的圆柱形多胞薄壁管,在现有的求解薄壁圆管平均压缩力理论的基础上简化了几何条件关系并建立了考虑冲击速度时仿生多胞薄壁管平均压缩力的解析解,理论结果表明平均压缩力随着壁厚和胞数单调递增,随着内径单调递减。通过有限元分析可知,对于胞数不同的薄壁管,夹层胞数为6的薄壁结构耐撞性最好。相较于夹层胞数为0的薄壁管,胞数为6的多胞管的比吸能提高了59.36%,压缩力效率提高了63.16%。多胞管的初始峰值力随壁厚单调递增,随内径单调递减;多胞管的比吸能随着壁厚单调递增,当壁厚为1.2mm时,比吸能随内径单调递增。为了进一步提高薄壁管的能量吸收能力,以内半径和壁厚为设计变量进行了多目标优化。采用响应面法和遗传算法使比吸能最大化的同时初始峰值载荷最小化,同时给出了三种可供选择的设计方案。当要求比吸能最大时,与夹层胞数为0的薄壁管相比,优化后的薄壁管的比吸能提高了62.20%。（2）基于沼泽马尾草茎秆的结构特征,设计了一种新型马尾仿生薄壁管。利用有限元分析了双圆管和马尾仿生薄壁管在轴向压缩下的耐撞性能和能量吸收特性,在质量相同的情况下,仿生薄壁管的比吸能提高了35.00%,压缩力效率提高了37.50%,马尾仿生薄壁管的比吸能随壁厚单调递增。对于肋数不同,质量相同的仿生薄壁管,肋数为4的结构耐撞性最好。在肋厚不变的前提下,调节肋角可以降低薄壁结构的初始峰值力。为了进一步提高薄壁管的能量吸收能力,以内径、肋角和肋厚为设计变量进行了多目标优化。采用响应面法和遗传算法使比吸能最大化的同时初始峰值载荷最小化。与最初设计的仿生薄壁管相比,优化后的薄壁管的比吸能提高了13.42%。（3）在新型马尾仿生薄壁管的基础上引入梯度设计方法设计了梯度仿生薄壁结构。分析了无梯度仿生管和4层梯度仿生薄壁管在轴向压缩下的耐撞性能和能量吸收特性,相较于无梯度的薄壁结构,梯度薄壁管的变形模式更符合以往吸能结构的渐进式折叠模式并有效降低了初始峰值载荷。对不同冲击速度情况梯度薄壁管的耐撞性进行了系统性的分析,冲击速度不同时,由于惯性效应的影响初始峰值力会随冲击速度出现显著的增大,平台力也会增大;不同冲击速度下壁厚梯度值与最大壁厚会对第四层褶皱区间长度产生影响导致最大载荷出现差异;冲击速度V=100m/s时,梯度薄壁管的最大载荷出现在初始峰值力处。以壁厚梯度值和最大壁厚值为设计变量进行了多目标优化,采用神经网络和遗传算法探究了不同工况下梯度薄壁结构的耐撞性,在薄壁结构的设计中综合考虑不同冲击速度工况以得到不同的Pareto最优解集。