在自然界中,很多生物复合材料具有极其优异的力学性能,其中贝壳珍珠层由于其独特的交错分布的结构,且拥有高刚度,高强度和高韧性引起了广大学者的关注。为了提高材料的强度和韧性,研究者受天然珍珠层结构的启发,采用仿生的方式制备高强度,高韧性的仿珍珠层结构的复合材料。然而由于制备工艺以及环境的影响,难以避免的在微观结构引入不同的几何参数、材料,以及不同的界面强度,这势必会对结构整体模量、强度、韧性带来一定影响。本文首先引入了仿珍珠层结构等效模量理论模型。结合有限元方法分析了软质相模量、硬质相长宽比、重叠率、体积分数对结构整体弹性模量的影响,结果表明软质相模量对整体模量影响较大,且软质相模量低于20GPa,影响显著;随着长宽比增大,结构整体等效模量增大;随着硬质相体积分数降低,结构等效模量降低,硬质相体积分数从0.95降低至0.2时,模量降低了75.6%;重叠率对结构模量影响较小。其次构建了仿珍珠层结构拉伸裂纹扩展模型。通过引入内聚力模型来模拟仿珍珠层结构层间损伤破坏,以及裂纹的扩展。分析了硬质相长宽比、重叠率、随机程度对结构拉伸强度和韧性的影响。研究结果表明,长宽比和重叠率对结构拉伸强度,韧性影响较大,随着长宽比、重叠率增大,结构拉伸强度和韧性增大;随着硬质相随机程度增大,结构拉伸强度和韧性降低,且韧性降低幅度更明显,相对于理想结构,随机度0.025的结构,其拉伸强度降低13%,韧性降低27.3%;此外引入了Brittle-Cracking模型,分析了界面强度对结构拉伸强度和韧性的影响,结果表明,随着界面强度增大,其拉伸强度和韧性表现为先增大后降低,结构存在最优界面强度。最后建立了仿珍珠层结构三点弯曲模型,分析硬质相长宽比、重叠率、随机程度对结构弯曲性能的影响。研究结果表明,随着硬质相长宽比增大,结构弯曲强度增大,且增大幅度显著;随着重叠率增大,结构弯曲强度增大;当随机程度增大时,结构弯曲强度降低。另外利用3D打印的方法制备了不同长宽比的仿珍珠层结构,并进行了三点弯曲试验,发现弯曲强度随长宽比增大而增大,与仿真结果一致,并对比仿真与试验后仿珍珠层结构的破坏形貌,两者破坏形貌相似。