充气膜结构以其折叠体积小,轻质和成型快等优势而被广泛应用于航空航天和建筑等领域。充气薄膜管结构是一种基本的充气膜结构,在相关领域中经常作为结构的承载单元被使用,其力学特性是研究人员关注的重点。自然界中,昆虫幼虫具有较高的承载能力——材料消耗比,其身体的优势有助于其在生物进化历程中存活下来,这种封闭体壁、内部压力体液和肌肉组织组成的系统在实际工程应用中有重要的借鉴意义。因此,本文初步探讨仿昆虫幼虫膜结构的建模过程以及模型的力学特性,以期提高传统充气膜结构的承载性能,使其在航空航天和建筑结构等领域有更好的应用前景。本文选取豆天蛾幼虫为典型生物样本,通过生物切片试验观察其身体内部的结构特征,我们发现,在豆天蛾幼虫体壁内侧分布有大量的纵横交错的纤维状肌肉组织,它们固结在体壁的凹陷处,使得肌肉组织和体壁之间建立起了紧密的联系,类似于加强筋结构的作用,对于昆虫幼虫身体结构的加强产生积极的影响,为本文中仿昆虫幼虫膜结构的初步建立及其力学特性的分析提供了理论依据。初步建立的仿昆虫幼虫膜结构的具体表现形式为加筋充气管结构,基于理论分析、试验对比和有限元仿真等方法对加筋充气管的力学特性进行研究。主要包括弯曲特性,轴向压缩特性和振动特性三个方面。在弯曲特性试验中,选取了适合于描述本试验条件下的充气管弯曲特性理论模型。获得了不同充气压强下横向载荷—位移关系曲线以及充气管弯曲极限载荷与充气压强的线性关系。在轴向压缩试验中,由于相关理论模型的适用范围及其与试验结果的偏差等原因,无法合理地反映充气管的轴向压缩特性。因此,我们建立了轴向压缩的极限位移、极限载荷以及极限压缩功耗与充气压强之间的关系,从更多方面来描述充气管的轴向压缩特性。在试验基础上基于ANSYS有限元分析软件建立了加筋充气管的有限元模型,进行弯曲和轴向压缩特性的有限元仿真,通过与试验结果的对比,验证了仿真方法的合理性。将此模型应用于加筋充气管的模态分析中,获得了其固有频率和振型,为加筋充气管的动力学响应分析打下基础。基于本文对加筋充气管的研究方法,进一步从仿生学角度出发,将昆虫幼虫比作一个系统,可以从材料、结构和控制方式等方面展开深入的研究,设计出更为优化的仿昆虫幼虫膜结构。