甲虫前翅是一种特殊结构和功能的生物材料，具有轻质、高强等特性，是近年来研究轻质高强多功能结构材料的主要仿生对象之一。本文根据鞘翅微观结构特征，分别以不锈钢、芳纶纸以及环氧树脂基碳纤维为原材料，采用金属成形法以及模压和固化成形法，设计、制备了三种仿鞘翅轻质结构。分别对三种结构进行热学水浴实验，同时利用有限元法对三种结构进行了热学分析，通过实验结果与计算结果的对比，证明了有限元法对三种结构热学计算分析的可靠性。在此基础上，利用有限元法进一步计算分析了300℃高温时三种结构的热学特性。并根据计算结果和两种复合材料的基体玻璃化温度，对仿生结构进行了改进设计。分别对三种结构进行准静态压缩实验和有限元计算，并通过实验证明了有限元法计算的可靠性和准确性。在此基础上，利用有限元法进一步分析计算了高温下结构的力学特性，并与结构的常温力学特性做了对比分析。由计算分析结果可知，高温环境对三种结构的力学性能均有较大影响，无论在常温还是高温条件下，双层金属结构的压缩极限强度是最高的，而比强度是金属/碳纤维结构比较优异。通过本文对仿生轻质结构力学与热学性能的研究，可以为研究多功能轻质结构材料提供新的设计思路和创新理念。