夹芯结构在减震、吸能、抗冲击等方面得到广泛应用,丝瓜络由于特殊的多孔网架结构,具有优异的缓冲性能。因此,本课题基于仿生学原理以丝瓜络为仿生对象,将仿生结构应用于夹芯结构设计,制备出轻质高强的缓冲夹芯包装材料。首先,对天然丝瓜络力学性能展开研究,从宏观结构与微观结构两方面着手,获得起主要缓冲作用的特征结构。在此基础之上,结合静态压缩实验,探索了丝瓜络缓冲机理。结果表明丝瓜络优异的力学性能是各部分结构综合作用得到的最佳结果,其中内表面所分布的粗壮纤维提供主要的抗冲击强度。丝瓜络受压变形,表现为钻石与对称两种失稳模式,通过纤维扭曲变形达到能量吸收的目的。然后,设计丝瓜络仿生结构。丝瓜络在生长过程中,纤维排布具有高度的自相似与对称特点,符合分形图案特征,因此创新性地引入分形理论用于指导仿生结构建模。结合力学实验确定以对称特征结构作为基本设计单元,成功设计出一种丝瓜络仿生原型结构。其次,借助3D打印制备丝瓜络仿生结构试样并进行力学性能表征。将所设计的三维模型导入有限元软件进行数值计算与分析,并对3D打印模型进行静态压缩试验,用于验证仿真计算结果的准确性。结果表明3D打印制备得到的丝瓜络仿生模型具有与天然丝瓜络相同的缓冲特性。以壁板折叠角度(θ)与壁板长度(a)为参数,以单位质量能量吸收值(SEAm)为设计目标,对仿生结构进行优化设计。结果表明壁板的折叠角度对SEAm影响较小,降低壁板长度可提高SEAm,当折叠角度在11度左右且壁板长度小于4mm,可获得最大缓冲性能。最后,优化仿生结构制备工艺,基于折纸理论进行纸质仿生夹芯板设计与仿真分析。在现有3D打印制备研究基础之上,提出基于折纸理论制备仿生结构包装材料,将平面二维瓦楞原纸通过折叠方式得到三维空间仿生结构,结果表明缓冲性能介于蜂窝纸板与EPE之间。本文对丝瓜络仿生夹芯结构的设计及其性能进行了相关探索性基础研究,并创新性地将折纸理论引入仿生材料制备中,大大降低了制备成本,提高了生产效率,对新型缓冲包装材料的开发和应用具有现实意义。