自然界的天然生物材料——贝壳，它在古代常常被用作装饰品。而在现代研究中，贝壳珍珠层的微观结构被应用于复合材料领域。贝壳珍珠层具备优良的力学性能，不仅具有高强度，而且还具有很强的韧性，这些优良的性能主要是由于贝壳珍珠层所具有的独特微观层级结构。随着3D打印制造技术的不断成熟，具有贝壳珍珠层微观结构的仿生复合材料开始广泛地应用于航空航天制造以及生物工程等领域。目前，关于贝壳仿生材料的静态力学性能已有一些研究，但这类仿生材料的动态力学性能研究还不多，人们对该结构动态力学性能的认识还不深入，尤其是动态断裂韧性，对材料内部结构微观尺寸在动态冲击作用下的断裂行为也不明确。因此研究3D打印仿贝壳珍珠层复合材料的断裂韧性具有非常重要的工程实际应用意义。
　　本论文的主要工作内容分为两个部分。第一部分研究了3D打印仿贝壳珍珠层复合材料的层间断裂韧性，初步得到粘结层对整体3D打印材料的影响。第二部分重点研究了3D打印仿贝壳珍珠层复合材料的动态断裂性能。
　　在层间断裂韧性实验中，首先采用3D打印技术制备张开型（I型）和滑开型（II型）断裂韧性测试试样，随后运用伯努利—欧拉梁理论和柔度校准理论等计算方法得出复合材料的层间断裂韧性，最后分析了不同粘结层厚度对复合材料断裂韧性的影响。对于层间断裂韧性的数值模拟，先建立了基于内聚力原理和位移控制加载法的I型和II型断裂韧性有限元模型，模拟复合材料层间张开和错开的过程，随后通过有限元数值模拟与试样实验对比分析，验证了有限元数值方法的可靠性，最后分析了复合材料初始裂纹长度、断裂韧性、起始界面刚度、界面强度以及净距等参数对3D打印浆砌层合结构复合材料层间力学性能的影响。研究结果表明：对I型模型，减小初始裂纹长度、增大断裂韧性和增大粘结层厚度均能提高层间承载能力；对II型模型，减小初始裂纹长度、增强界面强度、增大断裂韧性和减小粘结层厚度均能提高层间承载能力。
　　在动态三点弯冲击实验中，采用三点弯试样，利用改进的霍普金森压杆来进行实验，整个构件内部采取不同的长宽比和粘结层厚度，通过研究分析得到裂纹尖端位置、粘结层厚度、长宽比和冲击速度等参数对3D打印仿贝壳珍珠层复合材料力学性能的影响。实验结果表明：3D打印仿贝壳珍珠层复合材料具有速度敏感性，峰值荷载随冲击速度的增加而增大；当裂纹由粘结层处开始扩展，粘结层厚度和长宽比的增加均会导致峰值力和有效表面能的增加；当裂纹由硬质块体处开始扩展，长宽比和尖端硬质块体厚度的减小均会引起峰值荷载的下降。