近年来,随着经济的高速发展和人口的快速增长,人与自然之间的矛盾日益激化,物质资源匮乏问题也越来越严重。因此,人类如何与自然和谐相处、以及如何更加有效地保持可持续的发展,越来越成为人类高度关注的话题。在这一大背景下,蜂窝夹层结构因具有轻质高强、隔音隔热效果好等优点,自出现以来,便受到人们的好评;如今早已广泛应用于航空航天、建筑交通等领域。而陈锦祥教授在20多年的甲虫前翅结构及其仿生的研究中,发现了蜂窝板的生物原型应该是甲虫前翅而不是蜂窝,并且其芯层结构比传统蜂窝更加巧妙和优秀;并在探明其压缩力学性能强化机制的基础上,于2016年将其正式命名为甲虫板;本研究小组已经对其静态压缩力学性能等开展了系列研究。本文则首次探索了两种甲虫板的弯曲性能、增强机制及其存在问题;作为克服存在问题的对策之一,同时也为研发新型甲虫板结构,本文还考察了瓢虫前翅芯层结构,并对比了三种不同种类甲虫芯层结构的特征。具体研究成果如下:(1)通过对等壁厚和等体积的三种板材,即对壁端柱甲虫板(EBEP)、仅含空心小柱的甲虫板(TBEP)和传统蜂窝板(HP)进行三点弯曲实验研究,结果表明EBEP的弯曲性能和延性最好;并探明了其增强机理:即EBEP中连成一体的蜂窝壁和小柱,不仅能够直接和面板一起承担部分拉力,还可起到加强肋的作用;同时相比于HP中的开口三角柱,EBEP中空心的闭口圆形小柱的存在,不仅缩短了蜂窝壁的宽度,而且闭口圆形小柱本身优异的抗扭性能有效地约束了蜂窝壁的变形。TBEP的弯曲性能还不如HP,TBEP破坏时小柱被从面板中连根拔起,而生物结构中小柱与上下表面存在倒角,预测倒角的存在可有效克服TBEP的这一弱点。这一研究成果为后期开展有针对性的研究和更加合理有效地推广甲虫板在工程中的应用奠定了基础。(2)倒角的设置能够在一定程度上改善板材的弯曲性能,但在本实验条件下并不能根本扭转三种板材间的优劣关系。增设倒角后,TBEP的弯曲性能得到了明显的提升,HP次之,EBEP仅有起到减少实验结果离散性的作用。探明了倒角对三种板材弯曲性的强化机制:对于TBEP,倒角的存在使原先芯层小柱的薄弱位置更偏于中心,同时也使小柱更不容易发生屈曲;对于HP,倒角的存在略微增强了对蜂窝壁板的约束,使其更不容易发生屈曲,因此HP的抗弯性能略有增加;对于EBEP,尽管倒角的存在,也发挥了前述的约束作用,因其芯层结构已经有空心小柱本身的约束作用,又有小柱与蜂窝壁之间的协同作用,所以其效果只体现在实验结果的离散性上。这些研究成果为后继设计中各类夹层板如何更好地发挥倒角的作用提供有益的参考。(3)通过观察瓢虫前翅三维结构,并利用本研究小组早期获得的独角仙和锹形虫的三维结构照片,考察了这三种外形大小和形状都有较大差异的甲虫前翅的三维结构及其芯层结构的特征。瓢虫的前翅芯层在存在大量泡沫状的填充物的同时,仍然拥有小柱,且在前翅的边框中也存在小柱。首次估算了甲虫前翅小柱面积占比λ_t和整个前翅内总小柱数N等参数:瓢虫的小柱面积最小,但小柱密度却最大,高达84根/mm~2;瓢虫、独角仙和锹形虫的λ_t分别为1.0%,1.5%和10.5%左右;N则分别约为1.4,1.7和3.7千根;提出了芯层以密集分布着纤细的小柱和分散着泡沫状填充物为特征的瓢虫前翅仿生模型,为研发新型甲虫板及其结构参数的优化指明了方向。