自然界中巨嘴鸟的喙是一种“三明治”复合夹芯结构,在自然进化过程中,因觅食和筑巢等功能需求,巨嘴鸟喙具有优异的力学性能,是典型的轻质高强结构,其密度仅为0.1g/cm~3,目前已成为理想的仿生对象。本文以巨嘴鸟喙的微观结构为仿生模板,在对巨嘴鸟喙内部微结构形态进行观测与分析的基础上,设计出仿巨嘴鸟喙的单胞微结构型式以及仿巨嘴鸟喙的复合夹芯结构,并对其力学性能开展了深入研究。利用基于定义的有限元方法,通过对单胞结构的分析预测其宏观力学性能。分别对仿生单胞结构和经典Gibson–Ashby闭孔泡沫模型进行建模,使用有限元分析软件ANSYS workbench对压缩载荷及剪切载荷条件下两种单胞结构的力学性能进行分析和比较,结果表明仿生单胞结构的比弹性模量及比剪切模量均更优越。对仿生单胞模型进行参数化设计,以最小质量、最小等效应力及最大约束反力为优化目标进行参数优化设计,获得了夹芯结构单元的最优尺寸参数,在此基础上设计仿巨嘴鸟喙夹芯板梁结构。选取工程实际中常用的两种蜂窝夹芯排列方式,并通过有限元分析选择抗弯性能较好的蜂窝夹芯板梁作为与仿巨嘴鸟喙复合夹芯板梁进行力学性能对比分析的对照结构。通过光固化3D打印制备出复合夹芯板的仿巨嘴鸟喙芯层结构,使用环氧树脂基碳纤维面板制备复合夹芯板的上下层板,并使用结构胶对上、下层板和芯层进行粘接,探索仿生夹芯板梁结构及蜂窝夹芯板梁结构的制备工艺。在此基础上,使用万能试验机对两种结构试样进行三点弯曲力学性能测试,得出其弯曲载荷-位移图。测试结果表明,在孔隙率相同的前提下,仿巨嘴鸟喙夹芯结构试样比蜂窝结构试样的最大承载力和弯曲模量分别高出67.2%和36.8%,因此仿巨嘴鸟喙夹芯板梁结构比蜂窝夹芯板梁结构具有更好的抗弯性能。