本文通过实验、理论、和数值模拟研究具有多级结构生物复合材料的力学行为，试图建立这些材料的微结构与其宏观力学行为的联系。贝壳、牙齿和骨骼等被称为类骨材料，它们是由纳米尺度的蛋白质和矿物质构成的具有多级结构的生物复合材料，就组成成分而言类骨材料具有十分优异的力学性质；壁虎脚通过纳米尺度开始具有多级结构的刚毛，实现了可控粘附和自清洁功能。这些材料共同的特点是通过从纳米尺度开始到宏观尺度的微结构组织形式实现了优异的宏观力学性质。主要研究内容及成果如下：　　 ⑴对一种来自中国南方的淡水珍珠贝(三角帆蚌贝壳)进行了微结构观测，并开展了贝壳珍珠层的弯曲和拉伸等力学实验。结果表明淡水贝壳在微结构上与海水贝壳珍珠层存在明显差异，矿物小板尺寸和规则程度低于其他文献报道的海水贝壳，其刚度、强度和韧性都比海水贝壳低。　　 ⑵通过剪滞分析得到了类骨材料等效弹性模量的表达，并在此基础上研究了类骨材料弹性、粘弹性以及非弹性的力学行为。结果表明剪切滞后模型能较好的描述类骨材料的变形特征，进一步将得到的结果应用于多级类骨材料力学行为分析，得到了多级结构材料总体等效弹性模量与分级数目的变化规律，发现在一定条件下总体等效弹性模量存在极值，并讨论了其对多级结构材料总体强度和裂纹不敏感尺寸的影响。　　 ⑶根据类骨材料在纳米尺度结构特征，构造了带有裂纹的网格模型，利用此模型研究了裂纹尖端的应力集中，其弹性结果与以往研究者理论结果相一致，并进一步研究了蛋白质非弹性变形对塑性区形状和应力集中的影响。　　 ⑷提出了一个联系壁虎脚微结构与宏观可控粘附的模型，分析了刚毛拉伸刚度与弯曲刚度比值和粗糙度对可控粘附的影响，并说明了分级结构对其粘附性质的重要影响。