近几年车辆的巨幅增加,给人们的生活带来了极大方便,但也加剧了交通事故的发生频率和乘员的伤亡率,为了保证车内乘员的安全,研发具有良好吸能特性和承载特性的新型耐撞性结构至关重要。自然界中的生物经过优胜劣汰的自然选择,使其自身具有优秀的结构和功能,这为新型吸能结构的研究提供了一种新的设计思路,因此,本文以自然界中具有良好力学性能的巨人柱仙人掌结构为研究对象,进行了多尺度结构仿生及耐撞性设计。首先,通过对巨人柱仙人掌的结构、功能和载荷三个方面的相似性分析,进行了宏观仿生设计,并对仿生结构的折角数目进行了耐撞性探究,发现6角仿生结构的耐撞性最好,之后,对仿生结构进行了不同参数的耐撞性探究,发现6角仿生管仍具有优秀的耐撞性能,接着,对6角结构进行了折角度数的探究,结果表明折角为60°的仿生管耐撞性最好,在此基础上,本文又对60°折角的仿生管进行了弧度探究,得出弧度半径R=6时,其比吸能最大。其次,为了探究巨人柱仙人掌微观结构对耐撞性的影响,本文对其展开了进一步的微观观测与分析,并对微观结构木质部、维管束和薄壁组织以及皮层组织构成的外壁进行了仿生设计,随后与宏观仿生结构进行了耐撞性对比探究,发现微观仿生结构的耐撞性远好于宏观仿生结构。接着,又对微观仿生结构展开了不同冲击角度、速度和多工况的对比探究,结果表明:微观仿生结构的SEA和PCF随着冲击角度的增加而下降,随着撞击速度的增加而增加,并且,冲击角度对耐撞性的影响明显大于冲击速度。此外,通过对宏、微观仿生结构以及圆管、方管的抗弯性探究,发现微观初始仿生结构的抗弯性能最好,是普通圆管的3.1倍。通过对各仿生结构耐撞性和抗弯性的对比分析,结果显示微观初始仿生结构具有良好的综合耐撞性能,因此,最后将其应用到了客车车身结构的设计中,以提高侧翻的安全性能。