为设计优化的复合材料结构，提高复合材料的力学性能，基于结构仿生原理，研究了甲虫外甲壳层状生物复合材料的结构特点，设计并制备了具有仿生结构的玻璃纤维/环氧树脂层合板，通过对GFRP层合板力学性能的理论分析和测试的研究，为人造纤维增强复合材料的结构设计提供了有益地启示。　　 本文主要做了以下几方面的研究：　　 1.针对进化时期长、前翅结构优化程度高的甲壳类昆虫外甲壳进行了微观结构的观察，结果发现其具有类似于人造纤维增强层状复合材料的结构特点。进一步观察发现：甲虫外甲壳层状生物复合材料具有片层厚度不均和层问纤维粗细不均的非均匀分布特征；层间铺设角度呈现双螺旋上升的特征。这些特殊的结构为仿生GFRP层合板的设计提供了理论依据。　　 2.根据甲虫外甲壳生物复合材料的结构优化特征，基于复合材料层合板结构设计原则，本文建立了四组不同铺设角度的仿生结构和普通结构GFRP层合板模型，包括0o平行铺设、[0o/45o]s反对称角铺设、[90o/0o/0o/45o]s对称角铺设及仿生双螺旋角铺设；通过对非均匀材料弹性常数的修正，采用经典层合板理论对各层合板的刚度和强度进行了计算和分析，结果表明：仿生非均匀结构铺层方式需要和特定的铺设角度结合才能提高层合板的拉伸刚度和强度；仿生非均匀双螺旋角铺设结构层合板的拉伸性能最优；仿生双螺旋角铺设层合板在纵向弯曲载荷下弯扭耦合效应较其他角铺设层合板小，材料更加稳定；仿生非均匀铺层结构能明显地提高层合板的弯曲强度，四组角铺设中非均匀结构GFRP较均匀结构GFRP纵向弹性模量平均提高了12.5％，横向弹性模量平均提高了9.1％，同时材料抗剪切破坏能力增强。　　 3.利用手糊成型工艺制备了仿生结构和普通结构GFRP层合板，并对各层合板的拉伸、弯曲、顶破性能进行了测试和分析，结果表明：具备仿生双螺旋角铺设与非均匀铺层双重结构的GFRP层合板具有最优的拉伸性能，拉伸强度达到172.45MPa，和理论计算相符；仿生非均匀铺层结构层合板具有较高的弯曲强度和各向稳定性，0o平行铺设、[0o/45o]s反对称角铺设、[90o/0o/0o/45o]s对称角铺设及仿生双螺旋角铺设中非均匀结构层合板比均匀结构层合板的弯曲强度平均分别提高了158.1％、91.0％、66.6％和286.7％，纤维非均匀分布铺层结构合理地布置纤维粗细疏密，实现了用较少的材料承担较大的载荷；仿生双螺旋角铺设GFRP层合板能承载更大的局部压缩和多向拉伸载荷，并且能有效抑制破坏裂纹的扩展。