隔热保温是航空航天、能源动力、电气电子、建筑材料、管道运输、食品冷藏等工程中普遍关注的问题。空天飞行器热障问题、高温环境下对温度敏感的仪器设备的热保护问题、电子器件散热问题等均需要有效的隔热和散热措施。各种办公楼、公共建筑、住宅需要隔热保温和节能应用。输油管道和天然气管道需要应用特殊隔热材料,以防高价值燃料在运输过程中发生冷冻。食品饮料加工业、酿造厂、饭店,制药和货运应用领域中,尤其是需要保温的冷藏单元更是有保温隔热的需求。加工设备、干燥机头部、纺织类的设备(如换热器,染色机器等)应用隔热,以减少热损伤。而自然界生物在耐热、散热等能量耗散或保持方面的卓越表现使得我们把目光转向仿生隔热领域。鉴于这些重要现实价值,国内外学者做了大量研究并已取得一定成果,本文主要从隔热保温系统材料的传热性能进行分析。本文第一章绪论首先介绍了隔热保温材料的工程背景,包括隔热保温材料的特点和意义、隔热保温的历史发展和现状、隔热保温问题及研究现状,其次进行了隔热原理分析,并介绍了相关的科学理论,包括热传导理论、构型理论、分形理论、能量耗散、仿生学等,论证了仿生设计的在传热方面的可行性。第二章借助激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)和扫描电镜(SEM)实验观察多种自然材料的微结构,结合前人对其它自然材料微结构的研究,总结了自然材料的微结构特征；接着应用仿生结构设计和构型理论分析建立并借助MATLAB分析了仿生隔热保温系统材料的初步模型。第三章基于ABAQUS建立轴对称高温隔热模型并进行简化假设下的模型有限元分析：传热分析和热应力分析,宏观上,首先在二维模型下对隔热保温系统材料进行分析,并将对照下章三维模型分析结果,为微米尺度模型下的传热分析打下基础。第四章基于ABAQUS建立三维隔热模型并进行简化假设下的模型有限元分析：传热分析和热应力分析,与轴对称模型分析对比,系统验证了轴对称模型及其假设的准确性。改进的模型假设下的3D模型分析,不同影响因素包括热膨胀率、传热系数、材料方向性及辐射率等随环境变化对模型分析的影响。最后讨论损伤部位不同对模型分析的影响。第五章进行微米尺度下的拓扑结构设计,建立二维和三维模型下的仿生隔热保温材料单胞,利用ABAQUS软件在微元体内建立热传导模型进行仿真分析,得到不同结构下的温度场和热应力场的分布,并进行对比分析。第六章是总结与展望,先介绍了本文的主要工作和结论,然后提出仿生隔热保温材料还需进一步研究的方向和内容。