碳纤维复合材料因其优异的抗拉力学性能而被广泛应用于航天器、高速轨道交通工具及高性能车辆等先进设备的结构轻量化设计中。随着其应用环境的日趋复杂,面内编织作为可有效提高碳纤维复合材料板力学表现的重要方式而被广泛关注。明确面内编织形式对碳纤维复合材料基础力学行为的影响,是进一步提升碳纤维复合材料结构在瞬态强动态载荷环境下设计及应用的关键。本文对单向、平纹及斜纹三种具有典型面内形式的T700碳纤维复合材料板进行了准静态条件下的拉伸、压缩及剪切性能测试,对比分析了典型面内编织形式对其基础力学性能的影响;进而基于其力学表现,开展了碳纤维复合材料板抗撞击性能研究,明确了其撞击动态力学行为及损伤特性;在此基础上,开展了碳纤维复合材料在新型叶表皮细胞壁仿生抗撞击结构中的应用研究,对比分析了碳纤维复合材料在新型轻质防护结构中的应用优势。具体研究内容及结果如下:（1）针对单向、平纹及斜纹编织形式的碳纤维材料板进行准静态条件下的基础力学性能分析。根据ASTM测试标准,联合数字散斑测量技术（DIC）对考虑取样方向的标准试件进行拉伸、压缩及剪切力学性能测试,获取了面内编织形式对碳纤维层合板力学行为的影响。结果表明,平纹和斜纹编织层合板均呈横纵方向同性,由于斜纹编织层合板具有更多的富树脂区域,导致其基体更易产生裂纹及裂纹扩展,降低了斜纹编织层合板的拉伸强度,使得平纹编织层合板的拉、压及剪切性能均优于斜纹编织层合板。利用扫描电镜（SEM）,从宏观及微观角度分析了三种编织形式碳纤维层合板的损伤模式及失效机理。结果表明,碳纤维单向层合板的纵向及横向试样的拉伸和压缩失效分别为纵向劈裂伴随纤维断裂及基体开裂伴随分层。平纹及斜纹编织层合板在拉伸及压缩中均出现平整横向断裂,但在剪切中均呈辫状断口,斜纹编织相比平纹编织可有效减小辫状断口区域大小。微观检测表明,压缩导致的纤维剪切破坏是平纹及斜纹编织层合板压缩极限强度小于拉伸极限强度的主要原因。（2）基于三种编织形式碳纤维复合材料板的准静态力学行为特点,选取平纹编织碳纤维层合板及基于单向碳纤维预浸料的多向层合板（[0/45/90/-45]2s）,利用高速驱动实验系统配合三维数字散斑测量技术（3D-DIC）,开展考虑撞击物参数影响的结构动态力学行为及损伤研究。动态响应分析结果表明,在相同撞击条件下多向层合板和平纹编织层合板均出现撞击区域周向塑性铰环形扩散现象,且撞击点挠度峰值近似相等,但多向层合板回弹至平稳波动时间更短。相对于平头及截锥形撞击物,球头撞击物下平纹编织层合板的塑性挠度更小,且其挠度峰值随撞击物速度增加呈抛物线增长。对于球头撞击物,平纹编织层合板的损伤区域小于多向层合板,且分别出现“十”字型破口及纤维劈裂破坏。平纹编织层合板的“十”字型破坏区域半径随撞击速度增加呈抛物线增长,但小于同工况下多向层合板的纤维劈裂破坏区域大小。说明了平纹编织形式可有效抑制结构的面内裂纹扩展,提高其抗撞击能力。对于平头及截锥形撞击物,平纹编织层合板的损伤模式分别为剪切破坏及“十”字型破口伴随剪切失效。（3）基于碳纤维复合材料板的撞击响应特性,结合新型叶表皮细胞壁仿生结构,开展碳纤维复合材料的撞击防护应用研究。仿真对比分析了冰雹环境下该碳纤维仿生结构的撞击响应行为。结果表明,基于平纹编织碳纤维复合材料的叶表皮细胞壁仿生结构撞击接触力峰值随冰雹直径及撞击速度的增大而呈抛物线增长。相比于单向碳纤维材料及单向涤纶纤维材料,冰雹载荷下碳纤维平纹编织仿生结构可有效阻止撞击裂纹的扩展,提高仿生结构整体的抗撞击性能。