螳螂虾螯棒是由螺旋状矿质纤维排列构成的周期区和人字型的冲击区组成,具有良好的吸能性和损伤容性。这种天然生物结构为制造吸收能量和抗损伤的层合结构提供了新的灵感。仿生层合结构纤维复合材料是以玄武岩纤维、树脂和铝蜂窝等材料基于螳螂虾螯棒结构采用模压成型的一种纤维复合材料。本文中采用了天然环保的玄武岩纤维作为增强材料,通过模拟螯棒结构分别进行改变芯层和表层结构制得多种结构的仿生层合结构复合材料来提高结构的吸能和抵抗破坏的能力。本文中所研究的内容如下:1.利用玄武岩连续纤维和短切玄武岩纤维模拟螳螂虾螯棒中周期区和冲击区组织性能,制得了上下表皮为玄武岩连续纤维,芯层为短切玄武岩纤维的仿螯棒层合结构复合材料。同时在相同的制作工艺下利用玄武岩平纹纤维和短切玄武岩纤维丝分别制得传统结构的纤维复合材料和短切纤维复合材料。这三种结构均是以玄武岩纤维作为增强体,和环氧树脂、收缩剂和填料等组成的树脂糊作为基体通过模压成型制得的纤维复合材料。通过冲击、弯曲、压缩测试和微观分析等方法,从失效机制和机械性能等方面得出仿生层合结构复合材料可以偏转裂纹,增强结构的吸收能量以及抵抗破坏的能力。2.利用玄武岩单向纤维通过模拟螳螂虾螯棒的周期区加工制得具有螺旋结构的纤维表皮,铝蜂窝代替短切玄武岩纤维作为芯层,最终制得仿螯棒层合结构蜂窝板。铝蜂窝的加入可以大大提高结构的抗弯曲和抗冲击的性能。同时利用玄武岩平纹纤维和玄武岩单向纤维分别制作出传统结构的纤维复合材料作为表皮的层合结构蜂窝板。将这三种结构的蜂窝板通过冲击、弯曲、压缩测试和微观分析进行分析,从失效机制和力学性能等方面得出仿生层合结构蜂窝板与传统结构蜂窝板相比较具有更高的吸收能量和抵抗破坏的能力。3.为了进一步提高仿生层合结构复合材料的抵抗破坏、屈曲的能力,对其结构加以优化。利用铝蜂窝作为芯层,而上下表皮采用玄武岩单向纤维通过模拟螯棒的周期区和冲击区进行加工,最终制作出具有仿螯棒正弦&螺旋耦合排布层合结构蜂窝板。同时为了进行性能对比,利用玄武岩平纹纤维和玄武岩单向纤维基于螯棒的冲击区,分别制作出未进行螺旋排布的仿螯棒正弦层合结构蜂窝板。将这三种结构蜂窝板通过冲击、弯曲、压缩测试和微观分析进行讨论,得出了正弦结构的表皮可以提高层合结构复合材料的抗破坏的能力,并且仿螯棒正弦&螺旋耦合排布层合结构蜂窝板与仿螯棒正弦层合结构蜂窝板相比强度更高,吸收能量越多。