纤维增强复合材料由于其密度低、性能高、易于加工又可设计性强等特点,成为代替传统金属材料,实现轻量化目的的重点新材料之一。纤维增强复合材料是由增强相纤维通过增韧相的树脂基体粘接并固化成形。其中,绿色环保、来源广泛的玄武岩纤维被重点研究,并作为增强纤维用于纤维增强复合材料的制造当中,成为未来重要战略材料之一。考虑到传统纤维增强复合材料结构设计方案不完善,力学性能提升有限,在未来很多具有挑战性的、艰苦的工作环境中使用会受到限制。因此,亟需充分利用纤维增强复合材料的可设计性,引入新的结构设计方案来支持新一代纤维增强复合材料的发展。众所周知,自然界中的生物经过数十亿年的“物竞天择、适者生存”,已经逐渐进化出能够与生存环境和谐共处的完美生物结构。仿生学就是在此基础上提出的,通过观察这些生物形貌,建立仿生模型,利用生物结构与性能之间的映射关系,创造性的设计并制造出具有优异力学性能的仿生材料。随着仿生学科的不断兴起,仿生设计理念已经被证实在设计新型材料方面高效可行。本文采用玄武岩纤维增强复合材料,设计灵感来源于与性能完美统一的生物结构,包括螳螂虾为提升耐击打能力而形成的具有等螺旋铺排设计的周期区、正弦形状的冲击区的螯棒结构以及具有变厚度螺旋铺排设计的尾节结构;龙虾为加强爪钳的攻击力而形成的兼具螺旋铺排设计和孔道夹芯的钳壳结构,设计制造出几种具有优异力学性能的仿生结构玄武岩纤维增强复合材料。并利用有限元模拟手段和实验的方法对仿生材料的力学性能,具体包括耐冲击性能和抗弯曲性能,进行了分析和讨论,本文的主要研究内容如下:（1）受螳螂虾螯棒周期区等螺旋结构与优异力学性能的启示,利用玄武岩纤维/环氧树脂复合材料,采用仿螳螂虾螯棒等螺旋铺层设计,制造出四种不同螺旋角的等螺旋结构层合板,具体包括12.8°/一周期（UTBFRP/12.8°）、25.7°/二周期（UTBFRP/25.7°）、45°/三周期（UTBFRP/45°）和90°/正交（UTBFRP/90°）四种材料,以便讨论在等螺旋铺层设计中,螺旋角和周期数对材料力学性能的影响。其中,当螺旋角度为25.7°时,耐冲击表现和抗弯曲稳定性最优异。因此,仿螳螂虾等螺旋结构层合板可以有效提升纤维增强复合材料的力学性能。（2）在等螺旋结构的基础上,受螳螂虾螯棒冲击区正弦结构与优异力学性能的启示,将仿螳螂虾螯棒冲击区正弦结构引入等螺旋结构层合板的设计当中,采用玄武岩纤维/改性氰酸酯树脂复合材料,设计制造出一种仿螳螂虾等螺旋正弦组合结构层合板。对该仿生材料进行低速冲击实验和三点弯曲实验,发现该仿生材料继承了等螺旋结构诱导裂纹偏转,延长裂纹路径的功能;同时其正弦结构通过改变载荷作用方向,提升了材料的抗弯曲性能;进一步对仿生材料弯曲失效形貌进行观察分析,可以看出裂纹明显呈现出不对称的锯齿状分布现象。因此,本文中所设计的仿螳螂虾等螺旋正弦组合结构层合板在抗弯曲性能上有很大的提升。（3）在等螺旋正弦组合结构的基础上,受螳螂虾尾节变螺旋结构与优异力学性能的启示,出于进一步提升纤维增强复合材料的耐冲击性能的目的,对其等螺旋铺层设计进行了改进,利用玄武岩纤维/环氧树脂复合材料,制造出一种仿螳螂虾变螺旋正弦组合结构层合板。得益于各螺旋周期的螺旋角不同而导致的在不同周期中裂纹传播路径不同,仿生变螺旋结构层合板的峰值冲击力比仿生等螺旋结构层合板中表现最好的UTBFRP/25.7°提升了0.5%。再者,仿生变螺旋正弦结构层合板延续了正弦结构在弯曲性能方面的优异表现。因此,本文中所设计的仿螳螂虾变螺旋正弦组合结构层合板在维持了抗弯曲性能的同时,着重优化了材料的耐冲击性能。（4）在变螺旋正弦组合结构的基础上,受龙虾钳壳孔道夹芯结构与优异力学性能的启示,采用玄武岩纤维/环氧树脂复合材料和泡沫铝芯材,将仿螳螂虾变螺旋正弦组合结构层合板用作上蒙皮,传统正交铺层结构层合板作为下蒙皮,以泡沫铝作为中间芯材,建立起龙虾钳壳孔道夹芯结构,并制造出一种仿螳螂虾变螺旋正弦与龙虾孔道夹芯的组合结构复材。在力学性能方面,该仿生材料通过变螺旋结构和孔道夹芯结构诱导裂纹偏转实现了耐冲击性能的提升,在40 J的冲击能量下,峰值载荷达到6012.1 N;通过正弦结构和孔道夹芯结构的形变吸能使得弯曲吸收能达到了41.91 kN·mm,实现了抗弯曲性能的提升。本文受生物结构启发,基于具有优异力学性能的螳螂虾螯棒周期区和冲击区、螳螂虾尾节以及龙虾钳壳的特殊结构,设计制造出几种仿生结构玄武岩纤维增强复合材料。结果表明,仿生材料具备与原生物类似的结构,同时继承了相应的优异性能,通过揭示仿生结构与性能之间的映射关系,为未来新型轻质高强的材料研发提供了新的设计思路和技术支持。