在航空航天、交通运输、核反应堆和土木工程等一系列工程领域中,对具有高吸能能力的轻型结构的需求正在增加。因此,具有优良吸能能力的轻质结构的可用性对于许多工程应用是至关重要的。受自然界中许多生物结构的启发,仿生结构在能量吸收能力上较传统结构有显著的提高。因此,利用仿生方法设计具有优良吸能能力的新型轻量化结构是近年来工程领域的研究热点。本文提出了一种新型仿生多层次梯度泡沫填充结构(简称MGFS),该结构的灵感来自于人体骨骼的分层密实的特点。通过实验、理论和数值模拟等手段,系统的研究了仿生MGFS在准静态轴向压缩下的能量吸收特性。首先,引用了一个理论公式对仿生MGFS的平均压溃力进行了预测,预测结果与实验结果吻合较好。然后对实验模型进行了有限元分析,有限元分析表明,Model-1(泡沫密度从内向外分别为250 kg/m~3,400 kg/m~3,550 kg/m~3)是最佳的组合。与传统的泡沫填充结构相比,仿生MGFS具有更好的能量吸收性能。有限元分析的结果与实验结果吻合较好。参数化研究表明,铝管的长度、直径、厚度和泡沫的密度对仿生结构的吸能能力有显著的影响,但当长径比小于2时,仿生MGFS的吸能指标SEA和P_m对长度的变化不敏感。本文还对准静态侧向压缩荷载下的两种类型的仿生MGFS的能量吸收特性进行了研究。数值模拟表明,案例1中的Model-2(泡沫密度从内向外分别为250kg/m~3,550 kg/m~3,400 kg/m~3)具有最高的SEA和P_m;案例2中的Model-6(泡沫密度从内向外分别为550 kg/m~3,400 kg/m~3,250 kg/m~3)也具有最高的SEA和P_m,说明这两种模型的配置是设计高能量吸收能力的吸能器的最佳组合。参数化研究表明,铝管厚度、直径和铝泡沫密度均会对仿生MGFS的能量吸收指标SEA和P_m产生影响。本研究为设计高吸能效率的泡沫填充吸能器提供了有效的指导。