在防弹衣领域,一般将防弹衣划分为软体防弹衣与硬体防弹衣。软体防弹衣虽然变形能力强,但可提供的防护能力有限且易对穿戴者造成钝挫伤。而硬体防弹衣能够支持更高级别的防护,但存在笨重且穿戴不舒适的问题。鉴于此,本文借鉴硬骨鱼鳞片分层及多级结构与覆盖模式进行了防弹衣的仿生设计,得到了兼顾防护性能与灵活可变形的鱼鳞状柔性叠层结构,以复制天然鳞甲的优良性能。并采用数学建模、有限元仿真及试验测试相结合的方法对该结构展开系统分析,获得了一些有用的结论,归纳如下:复合鳞片为中间厚边缘薄的双层复合结构。通过数学建模的方法,得到了各鳞片在平面排列状况下相对位置关系。根据坐标公式,结合MATLAB与APDL命令流各自的优势,建立了参数化的有限元模型。根据“效-费”比原则与声阻抗原则,对常用的几种防弹材料进行了对比分析,最终选择SiC陶瓷与超高分子量聚乙烯分别作为仿生复合鳞片的上层与下层。在数学模型的基础上,推导了防护结构面密度以及整体厚度的计算公式。引入了柔度允许值这个参数,用来评估这种仿生柔性叠层结构弯曲变形能力,并推导了其量化表达式。结合计算公式,量化分析了鳞片弧形半径与覆盖角对防护装具重量与弯曲变形能力的影响,为防护结构参数优化提供了理论依据。建立了防护结构在弯曲状态时的有限元模型,分析了覆盖角对其防弹性能的影响。最终,以面密度及柔度允许值为目标函数,结合子弹残余速度及靶鳞片位移量,得到了弧形半径和覆盖角的最优值。采用ANSYS LS-DYNA软件的显式分析方法模拟了柔性叠层结构的防弹性能,主要从结构变形量、应力传递规律及能量耗散机制与子弹残余速度展开分析,重点研究了支撑点数量、曲率半径及覆盖角、着弹位置对防护性能的影响。建立了带胶泥背面垫料的鳞片单排与多排排列有限元模型。鳞片单排与多排排列时背面垫料的凹陷深度仿真结果分别为32.52mm和24.73mm。依据NIJ标准Ш级要求对柔性叠层结构进行实弹测试,结果表明试验样件在多发子弹侵彻后,出现了局部两点支撑的不利情形。鳞片单排情形下模拟结果与试验误差在11.6%左右,验证了有限元模型的有效性和准确性。本研究成果将对新型柔性防护装具的设计和制备具有重要意义。